一种可拉伸超灵敏电子皮肤及其制备方法和应用与流程

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种电子皮肤及其制备方法和应用，尤其涉及一种可拉伸超灵敏电子皮肤及其制备方法和应用。

背景技术：

近年来，随着柔性电子产品的快速发展，其在健康监测、人机界面和可穿戴设备中显示出越来越多的应用价值，同时也需要更多类型的具有高度适形性和高度可拉伸性的电子皮肤。然而，很少有材料可以在大拉伸应变下保持电学功能。

柔性电极通常是通过将导电膜沉积或转移到可拉伸基材的表面上来制造的，对于可拉伸基材，聚二甲基硅氧烷橡胶(pdms)是最常用的选择之一，因为它具有高透明度，高弹性极限和优异的稳定性。但是聚二甲基硅氧烷橡胶(pdms)基底与导电材料之间存在巨大的机械性能差异以及截然不同的表面性质，因此该类电极在受循环拉伸时经常发生破裂或分层，很不稳定；同时，该类电极在大应变下的导电性很低；另外，由于聚二甲基硅氧烷橡胶为疏水性材料，导电材料时亲水性的，这种差异导致聚二甲基硅氧烷橡胶基底与导电材料之间的界面相互作用不足，也将降低电极的长期稳定性。现有技术中公开的电子皮肤也往往具有灵敏度不高或检出限不够低的缺陷。

cn104359597a公开了一种基于三维柔性衬底石墨烯的电子皮肤及其制备方法，该石墨烯电子皮肤包括两层柔性衬底和覆盖在其内表面的石墨烯薄膜。当三维柔性衬底受到挤压、拉伸等外界作用力时，上下两层石墨烯层的接触面积将发生变化，从而直接导致两层间的接触电阻发生变化，通过读取电压或者电流信号，就可反映电子皮肤在外力下的形态变化。本发明提供的一种基于三维柔性衬底石墨烯的电子皮肤是透明的，具有超轻超薄，节能等优点，但该电子皮肤具有灵敏度不高、长期稳定性较差的缺点。

cn105671962a公开了一种柔性纳米纤维基电子皮肤及其制备方法，该电子皮肤由两层导电化处理过的柔性纳米纤维膜贴合而成，柔性纳米纤维膜的厚度为30-500μm，其中，相贴合的两面中，至少一面具有微凹槽或微突起结构。本发明可以解决现有技术中工作电压高、功耗大及灵敏度低的问题；结构单一，工艺简单，能用于工业化生产。但该电子皮肤在大应变的拉伸下器其导电性得不到保证。

cn109100075a公开了一种用于电子皮肤的柔性压力传感器及制备方法，该方法通过激光刻蚀制得具有锥形微孔的硅模板，然后涂覆含固化剂的聚二甲基硅氧烷，固化后剥离得到锥形结构的聚二甲基硅氧烷柔性基板，再喷涂石墨烯/聚苯胺分散液形成透明导电薄膜，进一步封装氧化锡锑电极及聚醚酰亚胺衬底，制得柔性压力传感器。与传统方法相比，本发明制备的压力传感器虽然具有良好的柔性、灵敏度、探测极限低，但无法保证导电薄膜与柔性基板接触的稳定性，其在受循环拉伸时易发生破裂或分层。

因此，开发一种具有高灵敏度、低检出限、柔性好、稳定性强，在大应变下依然能保持良好的导电性，且制备工艺简单，成本低的电子皮肤是非常有意义的。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电子皮肤及其制备方法和应用，尤其提供一种可拉伸超灵敏电子皮肤及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种可拉伸超灵敏电子皮肤，所述电子皮肤包括由上至下相叠的第一电极层、介电层和第二电极层；所述介电层为具有仿生微结构的离子凝胶薄膜。

本发明选用大自然中的生物作为原始模板，制备具有仿生微结构的离子凝胶薄膜作为电子皮肤的介电层，使得电子皮肤具有很高的灵敏度。

优选地，所述仿生微结构包括荷叶表面微结构、天鹅绒竹芋叶子表面微结构或月季花瓣表面微结构。

优选地，所述介电层为单面具有荷叶表面微结构的仿生离子凝胶薄膜，且具有荷叶表面微结构的一面朝向第一电极层。

优选地，所述第一电极层和第二电极层均包括表面接枝改性的可拉伸基材层及负载于可拉伸基材层接枝面的导体层，所述导体层朝向介电层。

本发明采用表面接枝的技术对可拉伸基材进行表面改性，提高了可拉伸基材层与导体层的粘结力，使电极在受循环拉伸时不易发生破裂或分层，提高了电子皮肤的长期稳定性，且在大应变下依然能保持良好的导电性。

优选地，所述表面接枝改性是指表面修饰有聚合物，所述聚合物的反应单体包括甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺、对苯乙稀磺酸钠、甲基丙烯酸酯衍生物或丙烯酸酯衍生物中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合例如甲基丙烯酸和丙烯酸的组合、丙烯酰胺和对苯乙稀磺酸钠的组合、甲基丙烯酸和丙烯酸以及丙烯酰胺的组合等。

优选地，所述可拉伸基材包括聚二甲基硅氧烷橡胶。

优选地，所述导体层的导体包括碳纳米管、石墨烯片、金纳米网格、银纳米线或聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐。

另一方面，本发明提供一种如上所述的可拉伸超灵敏电子皮肤的制备方法，所述制备方法为：

将具有仿生微结构的离子凝胶薄膜置于第一电极层和第二电极层中间，将三者封装在一起，得到所述可拉伸超灵敏电子皮肤。

本发明所述制备可拉伸超灵敏电子皮肤的工艺简单，成本低。

在本发明中，所述制备具有仿生微结构的离子凝胶薄膜的方法为：

(1)制备聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板：将荷叶、天鹅绒竹芋叶或月季花瓣洗净并吹干，固定于玻璃基板上并保持平整，将去除气泡的聚二甲基硅氧烷橡胶预聚物混合液涂布于荷叶、天鹅绒竹芋叶或月季花瓣表面，加热，剥离得到单面具有荷叶表面微结构、天鹅绒竹芋叶表面微结构或月季花瓣表面微结构的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板；

(2)等离子体处理：将步骤(1)得到的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板放入等离子清洗机中进行活化处理，使其表面硬化；

(3)将离子凝胶前驱液涂布于步骤(2)经等离子体处理后的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板具有荷叶表面微结构、天鹅绒竹芋叶表面微结构或月季花瓣表面微结构的一面上，待溶剂挥发，剥离得到具有仿生微结构的离子凝胶薄膜。

优选地，步骤(1)所述聚二甲基硅氧烷橡胶预聚物混合液由聚二甲基硅氧烷橡胶基液与固化剂混合而成。

优选地，所述聚二甲基硅氧烷橡胶基液与固化剂的质量比为5:1。

优选地，步骤(1)所述加热的温度为50-70℃，例如50℃、53℃、55℃、58℃、60℃、62℃、65℃或70℃等。

优选地，步骤(1)所述加热的时间为1-3h，例如1h、1.2h、1.5h、1.8h、2h、2.2h、2.5h、2.8h或3h等。

优选地，步骤(2)所述活化处理的功率为40-60w，例如40w、42w、45w、50w、52w、55w或60w等。

优选地，步骤(2)所述活化处理的时间为3-8min，例如3min、4min、5min、6min、7min或8min等。

所述活化处理是为了让聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板的表面硬化，便于后期具有仿生微结构的离子凝胶薄膜与其剥离。

优选地，步骤(3)所述离子凝胶前驱液由聚合物、离子液体和有机溶剂混合而成。

优选地，所述聚合物包括聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氧乙烯中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合例如聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)和聚甲基丙烯酸甲酯的组合、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氧乙烯的组合、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)和聚甲基丙烯酸甲酯以及聚氧乙烯的组合等。

优选地，所述离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-辛基-3甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐或氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合例如1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺和1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺的组合、1-辛基-3甲基咪唑六氟磷酸盐和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的组合等。

优选地，所述有机溶剂包括丙酮、丁酮或环己酮中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合例如丙酮的丁酮的组合、丁酮和环己酮的组合、丙酮和丁酮以及环己酮的组合等。

优选地，所述聚合物与所述离子液体的质量比为1:(1-5)，例如1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:4或1:5等。

优选地，所述有机溶剂在所述离子凝胶前驱液中的质量百分含量为50％-90％，例如50％、60％、70％、80％或90％等。

优选地，步骤(3)所述涂布是使用旋涂仪进行涂布。

优选地，所述涂布时的转速为1000-4000r/min，例如1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min或4000r/min等。

优选地，所述涂布的持续时间为0.5-2min，例如0.5min、0.8min、1min、1.2min、1.5min、1.7min、1.8min或2min等。

通过调整涂布的转速和时间可以得到不同厚度的具有仿生微结构的离子凝胶薄膜。

在本发明中，所述制备可拉伸导电聚合物电极的方法为：

(a)将可拉伸基材薄膜的一面进行表面接枝改性：将可拉伸基材薄膜浸入含有光引发剂的乙醇溶液中，取出进行清洗，在可拉伸基材薄膜的一面滴加聚合物单体溶液，盖上玻璃板，用紫外灯对其进行照射使其发生聚合反应，得到一面被接枝改性的可拉伸基材薄膜；

(b)将导体材料涂布于可拉伸基材薄膜的接枝改性面上，进行退火处理，得到所述可拉伸导电聚合物电极。

优选地，步骤(a)所述可拉伸基材薄膜为聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜。

优选地，步骤(a)所述光引发剂为二苯甲酮。

优选地，步骤(a)所述浸入持续的时间为5-10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min等。

优选地，步骤(a)所述清洗为依次用乙醇和甲醇进行清洗。

优选地，步骤(a)所述聚合物单体包括甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺、对苯乙稀磺酸钠、甲基丙烯酸酯衍生物或丙烯酸酯衍生物中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合例如甲基丙烯酸和丙烯酸的组合、丙烯酸和丙烯酰胺的组合、对苯乙稀磺酸钠和甲基丙烯酸酯衍生物以及丙烯酸酯衍生物的组合等。

优选地，步骤(a)所述聚合物单体溶液的溶剂为去离子水。

优选地，步骤(a)所述聚合物单体溶液的质量浓度为5-50％，例如5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％或50％等。

优选地，步骤(a)所述紫外灯照射的功率为5-100mw/cm²，例如5mw/cm²、10mw/cm²、15mw/cm²、25mw/cm²、35mw/cm²、55mw/cm²、80mw/cm²、90mw/cm²或100mw/cm²等。

优选地，步骤(a)所述紫外灯照射的时间为0.1-10min，例如0.1min、0.5min、1min、2min、3min、5min、8min或10min等。

优选地，步骤(b)所述导体材料为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐。

优选地，步骤(b)所述涂布时的转速为800-3000r/min，例如800r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、2700r/min或3000r/min等。

优选地，步骤(b)所述涂布的持续时间为0.5-2min，例如0.5min、0.8min、1min、1.2min、1.5min、1.8min或2min等。

通过调整涂布的转速和时间可以得到不同厚度的导体材料层。

优选地，步骤(b)所述退火处理是指在100-150℃(例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等)下热处理5-30min(例如5min、10min、15min、20min、25min、28min或30min等)后在20-30min(例如20min、21min、22min、24min、26min、28min或30min等)下冷却。

作为本发明的优选技术方案，所述制备方法具体包括如下步骤：

(1)制备聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板：将荷叶、天鹅绒竹芋叶或月季花瓣洗净并吹干，固定于玻璃基板上并保持平整，将去除气泡的聚二甲基硅氧烷橡胶预聚物混合液涂布于荷叶、天鹅绒竹芋叶或月季花瓣表面，在50-70℃加热1-3h，剥离得到单面具有荷叶表面微结构、天鹅绒竹芋叶表面微结构或月季花瓣表面微结构的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板；

(2)等离子体处理：将步骤(1)得到的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板放入等离子清洗机中在40-60w下进行活化处理3-8min，使其表面硬化；

(3)使用旋涂仪将离子凝胶前驱液涂布于步骤(2)经等离子体处理后的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板具有荷叶表面微结构、天鹅绒竹芋叶表面微结构或月季花瓣表面微结构的一面上，涂布时的转速为1000-4000r/min，涂布的持续时间为0.5-2min，待溶剂挥发，剥离得到具有仿生微结构的离子凝胶薄膜；

(4)将聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的一面进行表面接枝改性：将聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜浸入含有二苯甲酮的乙醇溶液中5-10min，取出以此用乙醇和甲醇进行清洗，在聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的一面滴加聚合物单体溶液，盖上玻璃板，用5-100mw/cm²的紫外灯对其进行照射0.1-10min，使其发生聚合反应，得到一面被接枝改性的聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜；

(5)使用旋涂仪将聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐涂布于聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的接枝改性面上，涂布时的转速为800-3000r/min，涂布的持续时间为0.5-2min，之后在100-150℃下热处理5-30min后在20-30℃下冷却，得到所述可拉伸导电聚合物电极；

(6)使用步骤(5)得到的可拉伸导电聚合物电极，分别作为第一电极层和第二电极层，将具有仿生微结构的离子凝胶薄膜置于第一电极层和第二电极层中间，且第一电极层和第二电极层中的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐层均朝向具有仿生微结构的离子凝胶薄膜；将三者封装在一起，所述封装的方法为：将第一电极层、具有仿生微结构的离子凝胶薄膜和第二电极层的边缘涂敷宽度为1mm的聚二甲基硅氧烷橡胶预聚物混合液，然后把三者贴合到一起，在60℃下加热2h使预聚物混合液交联固化，得到所述可拉伸超灵敏电子皮肤。

第三方面，本发明提供一种如上所述的可拉伸超灵敏电子皮肤在脉搏监测、人体运动监测和人机触觉交互中的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明涉及的电子皮肤采用具有仿生微结构的离子凝胶薄膜作为介电层，使其具有很高的灵敏度和很低的检出限；

(2)本发明涉及的电子皮肤采用表面接枝技术对电极中的可拉伸基材进行表面改性，提高了可拉伸基材层与导体层的粘结力，使电极在受循环拉伸时不易发生破裂或分层，提高了电子皮肤的长期稳定性，且在大应变下依然能保持良好的导电性。

(3)本发明涉及的电子皮肤的制备方法工艺简单，成本低。

附图说明

图1是实施例1制得的电极在不同应变下的电阻变化趋势图；

图2是实施例1制得的电极在0-20％应变循环拉伸下的电阻变化趋势图；

图3是实施例1制得的电子皮肤在不同压力下的电容变化率图；

图4是实施例1制得的电子皮肤对极小压力的电容变化响应图；

图5是实施例1制得的电子皮肤在不同拉伸应变下的电容变化率图；

图6是实施例1制得的电子皮肤在150pa压力的1000次压缩过程中的输出信号图；

图7是实施例1制得的电子皮肤在150pa压力的100-110次压缩过程中的输出信号放大图；

图8是实施例1制得的电子皮肤在150pa压力的900-910次压缩过程中的输出信号放大图；

图9是实施例1制得的电子皮肤在20％拉伸应变下的1000次拉伸过程中的输出信号图；

图10是实施例1制得的电子皮肤在20％拉伸应变下的100-110次拉伸过程中的输出信号放大图；

图11是实施例1制得的电子皮肤在20％拉伸应变下的900-910次拉伸过程中的输出信号放大图；

图12是实施例1制得的电子皮肤检测桡动脉脉搏时的电容变化率图；

图13是实施例1制得的电子皮肤检测手指触碰木手时的电容变化率图；

图14是实施例1制得的电子皮肤检测手指弯曲时的电容变化率图；

图15是实施例1制得的电子皮肤对蚂蚁爬行的电容变化响应图；

图16是实施例1制得的电子皮肤对果蝇爬行的电容变化响应图；

图17是实施例2制得的电极在不同应变下的电阻变化趋势图；

图18是实施例2制得的电极在0-20％应变循环拉伸下的电阻变化趋势图；

图19是实施例2制得的电子皮肤在不同压力下的电容变化率图；

图20是实施例3制得的电极在不同应变下的电阻变化趋势图；

图21是实施例3制得的电极在0-20％应变循环拉伸下的电阻变化趋势图；

图22是实施例3制得的电子皮肤在不同压力下的电容变化率图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例制备一种可拉伸超灵敏电子皮肤，所述电子皮肤包括由上至下相叠的第一电极层、介电层和第二电极层；所述介电层为具有荷叶表面微结构的仿生离子凝胶薄膜。其制备方法如下：

(1)制备聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板：将新鲜的荷叶洗净并用气枪吹干，将其用双面胶固定于玻璃基板上并保持平整，将去除气泡的聚二甲基硅氧烷橡胶基液与固化剂以5:1的质量比混合然后涂布于荷叶表面，在60℃加热2h，剥离得到单面具有荷叶表面微结构的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板；

(2)等离子体处理：将步骤(1)得到的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板放入等离子清洗机中在50w下进行活化处理5min，使其表面硬化；

(3)称取1g聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)溶于10ml丙酮，磁力搅拌2h，之后再加入6g1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，持续搅拌0.5h，形成离子凝胶前驱液；使用旋涂仪将离子凝胶前驱液涂布于步骤(2)经等离子体处理后的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板具有荷叶表面微结构的一面上，涂布时的转速为1000r/min，涂布的持续时间为1min，待溶剂挥发，剥离得到仿生离子凝胶薄膜；

(4)将聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的一面进行表面接枝改性：将聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜浸入含有10％的二苯甲酮乙醇溶液中5min，取出以此用乙醇和甲醇进行清洗，在聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的一面滴加质量分数为20％的甲基丙烯酸水溶液，盖上石英玻璃板，使甲基丙烯酸水溶液形成均匀的液膜，用30mw/cm²的紫外灯对其进行照射2min，使其发生聚合反应，得到一面被接枝改性的聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜；

(5)使用旋涂仪将聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐涂布于聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的接枝改性面上，涂布时的转速为1000r/min，涂布的持续时间为1min，之后在130℃下热处理20min后在25℃下冷却，得到所述可拉伸导电聚合物电极；

(6)使用步骤(5)得到的可拉伸导电聚合物电极，分别作为第一电极层和第二电极层，将仿生离子凝胶薄膜置于第一电极层和第二电极层中间，且第一电极层和第二电极层中的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐层均朝向仿生离子凝胶薄膜；将三者封装在一起，得到所述可拉伸超灵敏电子皮肤。

评价试验：

使用步骤(5)得到的可拉伸导电聚合物电极进行如下评价试验：

(ⅰ)试验方法：将电极制成长条状(长方形)，并将电极两端与万用表连接，使用万能力学试验机对样品进行拉伸，同时记录电极在不同应变下的电阻变化。

如图1所示：所述可拉伸导电聚合物电极在0-24％的应变下，电阻变化值均较小，说明了电极具备良好的拉伸性能，且在大应变下依然能保持良好的导电性(图中r0表示初始电阻、r表示变化后的电阻)。

(ⅱ)试验方法：将电极制成长条状(长方形)，并将电极两端与万用表连接，使用万能力学试验机对样品进行循环的20％应变拉伸，同时记录电极在循环测试过程中的电阻变化。

如图2所示：所述可拉伸导电聚合物电极在经过1000次在20％拉伸应变下的循环测试后依旧保持良好的导电性能，说明了电极在大应变下具备长期的稳定性(图中r0表示初始电阻、r表示变化后的电阻)。

将步骤(6)得到的可拉伸超灵敏电子皮肤与lcr表(安捷伦公司，4980al)连接进行如下评价试验：

(ⅰ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，使用万能力学试验机对电子皮肤进行压缩测试，压力范围为0-4kpa时，测试电子皮肤在不同压力下的电容值，以压力为横坐标，以电容变化值为纵坐标作图。

测试结果如图3所示：该电子皮肤的灵敏度在低压力区(150-300pa)高达7.32kpa^-1，说明了该电子皮肤具有很高的灵敏性(图中δc/c0表示电容变化率，灵敏度计算公式为s＝δc/(c0δp)＝1.098/0.15kpa＝7.32kpa^-1，其中δp表示压力变化值)。

(ⅱ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，使用万能力学试验机对电子皮肤进行压缩测试，压力分别为0.1pa，0.2pa，0.3pa。

测试结果如图4所示：该电子皮肤能对0.1pa的压力做出信号响应，说明了该电极皮肤具有超低的检出限(图中δc/c0表示电容变化率)。

(ⅲ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，使用万能力学试验机对电子皮肤进行拉伸测试，测试电子皮肤在不同应变下的电容变化，并计算该电子皮肤的最大灵敏度因子。

测试结果如图5所示：计算得到该电子皮肤的平均灵敏度因子为0.52，说明了该电子皮肤具有良好的拉伸性能(图中δc/c0表示电容变化率，灵敏度因子计算公式为gf＝δc/(c0ε)＝0.104/20％＝0.52，其中ε表示应变)。

(ⅳ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，使用万能力学试验机对样品在0-150pa的压力下进行压缩循环测试，记录电子皮肤在循环测试过程中的电容变化。

测试结果如图6-8所示：在1000次循环测试过程中，电子皮肤对压力的输出信号保持稳定，100-110次测试输出信号的峰形和900-910次测试输出信号的峰形相同，说明该电子皮肤在压缩模式下具有优良的长期稳定性。

(ⅴ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，使用万能力学试验机对电子皮肤在0-20％的应变下进行拉伸循环测试，同时记录电子皮肤在循环测试过程中的电容变化。

测试结果如图9-11所示：在1000次循环测试过程中，电子皮肤对应变的输出信号保持稳定，100-110次测试输出信号的峰形和900-910次测试输出信号的峰形相同，说明该电子皮肤在拉伸模式下具有优良的长期稳定性。

(ⅵ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，固定于人体的手腕桡动脉处，检测电容随时间的变化情况，从而实现对人体的健康监测。

测试结果如图12所示：该电子皮肤能对人体的手腕桡动脉脉搏进行清晰的信号输出，说明了该电子皮肤在脉搏监测领域具有良好的应用前景(图中δc/c0表示电容变化率)。

(ⅶ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，固定于木手手背，对其进行触碰，记录电容的变化情况。

测试结果如图13所示：该电子皮肤能对每一次触碰进行清晰的信号输出，说明了该电子皮肤在人机交互领域具有良好的应用前景(图中δc/c0表示电容变化率)。

(ⅷ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，固定于人体手指关节处，手指进行多次弯曲，记录电容的变化情况。

测试结果如图14所示：该电子皮肤能对每一次手指弯曲进行清晰的信号输出，说明了该电子皮肤在人体运动监测领域具有良好的应用前景(图中δc/c0表示电容变化率)。

(ⅸ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，检测蚂蚁爬行通过该电子皮肤时，其电容变化情况。

测试结果如图15所示：该电子皮肤能对蚂蚁爬行进行清晰的信号输出，而且可以区分蚂蚁的爬行速度，说明了该电子皮肤具备极小的检出限，具有感知微小物体的能力(图中δc/c0表示电容变化率)。

(ⅹ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，检测果蝇爬行通过该电子皮肤时，其电容变化情况。

测试结果如图16所示：该电子皮肤能对果蝇爬行进行清晰的信号输出，而且可以区分果蝇的爬行速度，说明了该电子皮肤具备极小的检出限，具有感知微小物体的能力(图中δc/c0表示电容变化率)。

实施例2

本实施例制备一种可拉伸超灵敏电子皮肤，所述电子皮肤包括由上至下相叠的第一电极层、介电层和第二电极层；所述介电层为具有荷叶表面微结构的仿生离子凝胶薄膜。其制备方法如下：

(1)制备聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板：将新鲜的荷叶洗净并用气枪吹干，将其用双面胶固定于玻璃基板上并保持平整，将去除气泡的聚二甲基硅氧烷橡胶基液与固化剂以5:1的质量比混合然后涂布于荷叶表面，在50℃加热3h，剥离得到单面具有荷叶表面微结构的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板；

(2)等离子体处理：将步骤(1)得到的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板放入等离子清洗机中在40w下进行活化处理8min，使其表面硬化；

(3)称取1g聚甲基丙烯酸甲酯溶于10ml丙酮，磁力搅拌2h，之后再加入4g1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体，持续搅拌0.5h，形成离子凝胶前驱液；使用旋涂仪将离子凝胶前驱液涂布于步骤(2)经等离子体处理后的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板具有荷叶表面微结构的一面上，涂布时的转速为2000r/min，涂布的持续时间为2min，待溶剂挥发，剥离得到仿生离子凝胶薄膜；

(4)将聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的一面进行表面接枝改性：将聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜浸入含有10％的二苯甲酮乙醇溶液中10min，取出以此用乙醇和甲醇进行清洗，在聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的一面滴加质量分数为15％的丙烯酸水溶液，盖上石英玻璃板，使丙烯酸水溶液形成均匀的液膜，用10mw/cm²的紫外灯对其进行照射10min，使其发生聚合反应，得到一面被接枝改性的聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜；

(5)使用旋涂仪将聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐涂布于聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的接枝改性面上，涂布时的转速为1500r/min，涂布的持续时间为2min，之后在150℃下热处理10min后在25℃下冷却，得到所述可拉伸导电聚合物电极；

(6)使用步骤(5)得到的可拉伸导电聚合物电极，分别作为第一电极层和第二电极层，将仿生离子凝胶薄膜置于第一电极层和第二电极层中间，且第一电极层和第二电极层中的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐层均朝向仿生离子凝胶薄膜；将三者封装在一起，得到所述可拉伸超灵敏电子皮肤。

评价试验：

使用步骤(5)得到的可拉伸导电聚合物电极进行如下评价试验：

(ⅰ)试验方法：将电极制成长条状(长方形)，并将电极两端与万用表连接，使用万能力学试验机对样品进行拉伸，同时记录电极在不同应变下的电阻变化。

如图17所示：所述可拉伸导电聚合物电极在0-28％的应变下，电阻变化值均较小，说明电极具备良好的拉伸性能，且在大应变下依然能保持良好的导电性(图中r0表示初始电阻、r表示变化后的电阻)。

(ⅱ)试验方法：将电极制成长条状(长方形)，并将电极两端与万用表连接，使用万能力学试验机对样品进行循环的25％应变拉伸，同时记录电极在循环测试过程中的电阻变化。

如图18所示：所述可拉伸导电聚合物电极在经过1000次在25％拉伸应变下的循环测试后依旧保持良好的导电性能，说明了电极在大应变下具备长期的稳定性(图中r0表示初始电阻、r表示变化后的电阻)。

将步骤(6)得到的可拉伸超灵敏电子皮肤与lcr表(安捷伦公司，4980al)连接进行如下评价试验：

(ⅰ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，使用万能力学试验机对电子皮肤进行压缩测试，压力范围为0-4kpa时，测试电子皮肤在不同压力下的电容值，以压力为横坐标，以电容变化值为纵坐标作图。

测试结果如图19所示：该电子皮肤的灵敏度在低压力区(100-300pa)高达7.00kpa^-1，说明该电子皮肤具有很高的灵敏性(图中δc/c0表示电容变化率，灵敏度计算公式为s＝δc/(c0δp)＝1.05/0.15kpa＝7.00kpa^-1，其中δp表示压力变化值)。

实施例3

本实施例制备一种可拉伸超灵敏电子皮肤，所述电子皮肤包括由上至下相叠的第一电极层、介电层和第二电极层；所述介电层为具有荷叶表面微结构的仿生离子凝胶薄膜。其制备方法如下：

(1)制备聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板：将新鲜的荷叶洗净并用气枪吹干，将其用双面胶固定于玻璃基板上并保持平整，将去除气泡的聚二甲基硅氧烷橡胶基液与固化剂以5:1的质量比混合然后涂布于荷叶表面，在70℃加热1h，剥离得到单面具有荷叶表面微结构的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板；

(2)等离子体处理：将步骤(1)得到的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板放入等离子清洗机中在60w下进行活化处理3min，使其表面硬化；

(3)称取1g聚甲基丙烯酸甲酯溶于10ml丙酮，磁力搅拌2h，之后再加入4g1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺离子液体，持续搅拌0.5h，形成离子凝胶前驱液；使用旋涂仪将离子凝胶前驱液涂布于步骤(2)经等离子体处理后的聚二甲基硅氧烷橡胶二次模板具有荷叶表面微结构的一面上，涂布时的转速为4000r/min，涂布的持续时间为1min，待溶剂挥发，剥离得到仿生离子凝胶薄膜；

(4)将聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的一面进行表面接枝改性：将聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜浸入含有10％的二苯甲酮乙醇溶液中5min，取出以此用乙醇和甲醇进行清洗，在聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的一面滴加质量分数为15％的对苯乙稀磺酸钠水溶液，盖上石英玻璃板，使对苯乙稀磺酸钠水溶液形成均匀的液膜，用80mw/cm²的紫外灯对其进行照射0.5min，使其发生聚合反应，得到一面被接枝改性的聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜；

(5)使用旋涂仪将聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐涂布于聚二甲基硅氧烷橡胶薄膜的接枝改性面上，涂布时的转速为3000r/min，涂布的持续时间为1min，之后在100℃下热处理30min后在25℃下冷却，得到所述可拉伸导电聚合物电极；

(6)使用步骤(5)得到的可拉伸导电聚合物电极，分别作为第一电极层和第二电极层，将仿生离子凝胶薄膜置于第一电极层和第二电极层中间，且第一电极层和第二电极层中的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐层均朝向仿生离子凝胶薄膜；将三者封装在一起，得到所述可拉伸超灵敏电子皮肤。

评价试验：

使用步骤(5)得到的可拉伸导电聚合物电极进行如下评价试验：

(ⅰ)试验方法：将电极制成长条状(长方形)，并将电极两端与万用表连接，使用万能力学试验机对样品进行拉伸，同时记录电极在不同应变下的电阻变化。

如图20所示：所述可拉伸导电聚合物电极在0-30％的应变下，电阻变化值均较小，说明电极具备良好的拉伸性能，且在大应变下依然能保持良好的导电性(图中r0表示初始电阻、r表示变化后的电阻)。

(ⅱ)试验方法：将电极制成长条状(长方形)，并将电极两端与万用表连接，使用万能力学试验机对样品进行循环的25％应变拉伸，同时记录电极在循环测试过程中的电阻变化。

如图21所示：所述可拉伸导电聚合物电极在经过1000次在25％拉伸应变下的循环测试后依旧保持良好的导电性能，说明了电极在大应变下具备优良的稳定性(图中r0表示初始电阻、r表示变化后的电阻)。

将步骤(6)得到的可拉伸超灵敏电子皮肤与lcr表(安捷伦公司，4980al)连接进行如下评价试验：

(ⅰ)试验方法：所述电子皮肤在lcr表1mhz的频率下，使用万能力学试验机对电子皮肤进行压缩测试，压力范围为0-4kpa时，测试电子皮肤在不同压力下的电容值，以压力为横坐标，以电容变化值为纵坐标作图。

测试结果如图22所示：该电子皮肤的灵敏度在低压力区(50-300pa)高达6.25kpa^-1，说明该电子皮肤具有很高的灵敏性(图中δc/c0表示电容变化率，灵敏度计算公式为s＝δc/(c0δp)＝1.5625/0.25kpa＝6.25kpa^-1，其中δp表示压力变化值)。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的可拉伸超灵敏电子皮肤及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。