电子皮肤基底及其制备方法和电子皮肤与流程

本发明属于电子材料技术领域，具体的是涉及一种电子皮肤基底及其制备方法和一种电子皮肤。

背景技术：

电子皮肤模拟、还原甚至取代机体皮肤，首先要具备感觉和触觉，即与人体皮肤一样感知不同外界压力，畅通传导触觉信号的最基本功能。电子皮肤的应用绝不局限在医学领域，同3D打印、大数据等创新科技成果一样，电子皮肤将为某些领域带来质的改变，如研发智能机器人领域的革命。

目前对电子皮肤主要集中在感应的灵敏度的提高方面，如在公开的一份电子皮肤中，其由若干个设置在柔性基底上的电子感官单元组成，电子感官单元的主体是一个以电阻为负载并采用共源极接法的有源场效应晶体管，可同时实现触觉感官的测力功能、温度感官的测温功能和距离感官的测距功能。

在公开的另一种压阻式电子皮肤中，其含有叠加的多个柔性衬底，在相邻柔性衬底接触表面上还设置的导电层，并将导电层的接触面为非平面结构。通过该非平面结构的导电层，提高电子皮肤的对外界微小作用力的灵敏度。并进一步公开了将该压阻式电子皮肤用于脉搏检测上，从而提高脉搏检测的灵敏度。

因此，现有的对电子皮肤的研究主要集中在对其结构的改进和以此实现提高其灵敏度和智能等方面。随着各个领域的不断发展和对用户体现的要求不断提高，被应用于与人体接触的电子皮肤越来越不能满足应用体验的要求，如存在与人体皮肤生物兼容性差，透气性和贴附性不理想等技术问题，那么如何解决该技术问题，提高电子皮肤的用户体验是需要克服的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种电子皮肤基底及其制备方法和含有该电子皮肤基底的电子皮肤，以解决现有电子皮肤存在与人体皮肤生物兼容性差，透气性和贴附性不理想等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种电子皮肤基底的制备方法，包括如下步骤：

将用于制备电子皮肤的树脂配制成树脂溶液；

将所述树脂溶液旋涂处理，形成树脂膜；

将多巴胺溶液在所述树脂膜表面进行旋涂处理，形成多巴胺膜。

本发明的另一方面，提供了一种电子皮肤基底。所述电子皮肤基底由本发明制备方法制备获得。

本发明的又一方面，提供了一种电子皮肤。所述电子皮肤包括基底，所述基底由本发明制备方法制备获得的电子皮肤基底。

与现有技术相比，本发明电子皮肤基底及其制备方法采用旋涂方法形成树脂膜层，有效提高了树脂膜层的均匀性和柔韧性。在该树脂膜层表面采用旋涂方法形成多巴胺膜，有效提高了多巴胺膜层的均匀性，而且生物相容性好，粘性佳。因此，本发明方法一方面使得制备的电子皮肤基底具有优异的生物相容性、粘性和透气性以及安全性，与人体皮肤贴合后不会有异物感，提高了用户体验效果，且在活动不易脱落，不产生过敏现象；另一方面工艺条件易控，有效保证了制备的电子皮肤基底性能的稳定性，提高了生产效率，降低了生产成本，且不含有毒有害物质，环保安全。

本发明电子皮肤由于含有本发明电子皮肤基底，因此，本发明电子皮肤具有优异的生物相容性、粘性和透气性以及安全性，与人体皮肤贴合后不会有异物感，提高了用户体验效果，且在活动不易脱落，不产生过敏现象，安全。

附图说明

图1为本发明实施例电子皮肤基底的制备方法流程图；

图2为本发明实施例1电子皮肤基底的制备方法工艺流程示意图；

图3为本发明实施例1电子皮肤基底粘性测试图；其中，图a为刚贴附时的照片，b为贴附12小时后的照片。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一方面，本发明实施例提供一种电子皮肤基底的制备方法。该制备方法流程如图1和2所示，包括如下步骤：

S01.配制用于制备电子皮肤的树脂溶液：将用于制备电子皮肤的树脂配制成树脂溶液；

S02.旋涂树脂膜：将所述树脂溶液旋涂处理，形成树脂膜；

S03.在树脂膜表面旋涂多巴胺膜：将多巴胺溶液在所述树脂膜表面进行旋涂处理，形成多巴胺膜。

具体地，上述步骤S01中，将用于制备电子皮肤的树脂配制的树脂溶液应当是便于上述步骤S02中进行旋涂的，如在一实施例中，在配制的所述树脂溶液中，树脂与溶剂的质量比为1:(8-10)，如在具体实施例中，树脂与溶剂的质量比为1:8。

在一实施例中，用于制备电子皮肤的所述树脂为聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的至少一种。选用该些种类的树脂，能够经旋涂处理后，形成均匀的薄膜。在另一实施例中，所述溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)。该类溶剂不仅能够有效溶解或稀释该些树脂，而且能够提高旋涂获得膜层质量。

在上述实施例的基础上，当用于制备电子皮肤的所述树脂为聚二甲基硅氧烷(PDMS)时，优选地，在其溶液中还还含有固化剂。该固化剂的存在是为了促使PDMS在旋涂后进行固化，如在一实施例中，控制所述PDMS与固化剂的质量比为(8-10)：1，具体的可以是10:1。在具体实施例中，该固化剂可以选用SYLGARD184B。

上述步骤S02中，在一实施例中，该步骤S02中将所述树脂溶液旋涂处理分两个阶段进行：第一阶段的旋涂速率为500-1000r/min，旋涂时间为5-10s；第二阶段的旋涂速率为1000-3000r/min，旋涂时间为15-25s。将树脂溶液采用分阶段旋涂是为了获得质量更高的树脂膜层，如获得厚度均匀，柔韧性好，更加透明的树脂膜层。

在具体实施例中，当树脂溶液为聚氨酯溶液时，采用分阶段旋涂如第一阶段500r/min旋涂5-10s、第二阶段为2000-3000r/min旋涂20-30s分阶段旋涂工艺进行旋涂，该分阶段旋涂可以是1次或多次，如1-3次。

在另一具体实施例中，当树脂溶液为聚二甲基硅氧烷溶液时，采用分阶段旋涂如第一阶段转速为500-1000r/min，时间10s，第二阶段转速为1000-2000r/min，时间是45s分阶段旋涂工艺进行旋涂，该分阶段旋涂可以是1次或多次。

该步骤S02中的旋涂理所当然的是是衬底上旋涂成膜，衬底可以是常规的旋涂衬底。另外，根据树脂溶液中树脂的特性，还可以对衬底进行加热处理，如树脂溶液为聚二甲基硅氧烷溶液时，为了使得聚二甲基硅氧烷固化成膜，一实施例中，对衬底加热至90-150℃进行固化30-60min。

在旋涂过程中，可以对旋涂速率和时间的控制，从而控制旋涂形成的树脂膜层的厚度。如在一实施例中，形成树脂膜的厚度为0.01mm-0.03mm。

旋涂形成的树脂膜还可以根据需要的厚度进行拉伸变薄。

另外，在步骤S02进行旋涂前，优选的对树脂溶液除去气泡处理，避免树脂溶液中残存的气泡影响旋涂质量，从而保证树脂膜层的均匀性和透气性。

上述步骤S03中，在树脂上旋涂多巴胺层，一方面使得多巴胺层与树脂层结合力强，另一方面由于多巴胺仿生胶粘剂优异的生物相容性和粘性赋予制备的电子皮肤基底优异的生物相容性、粘性和透气性以及安全性，与人体皮肤贴合后不会有异物感，提高了用户体验效果，且在活动不易脱落，不产生过敏现象。为了提高多巴胺层的质量，在一实施例中，该步骤S03中将多巴胺溶液在所述树脂膜表面进行旋涂处理分两个阶段进行：第一阶段的旋涂速率为500-800r/min，旋涂时间为5-10s；第二阶段的旋涂速率为3000-4000r/min，旋涂时间为20-30s。将多巴胺溶液采用分阶段旋涂是为了获得质量更高的多巴胺层，如获得厚度均匀等性能

在另一实施例中，旋涂的多巴胺溶液的质量浓度可以是0.1％-0.4％，具体的可以是0.2％等浓度。

在又一实施例中，所述多巴胺溶液的pH值为8-9，具体的可以是8.5。

在旋涂过程中，可以对旋涂速率和时间的控制，从而控制旋涂形成的多巴胺膜层的厚度。如在一实施例中，形成多巴胺膜的厚度为100nm以内，如可以是50-100nm。

因此，上述电子皮肤基底制备方法采用旋涂方法分别形成树脂膜层和多巴胺层，并使得多巴胺层结合在树脂层表面，这样使得制备的电子皮肤基底具有优异的生物相容性、粘性和透气性以及安全性，与人体皮肤贴合后不会有异物感，提高了用户体验效果，且在活动不易脱落，不产生过敏现象；另一方面工艺条件易控，有效保证了制备的电子皮肤基底性能的稳定性，提高了生产效率，降低了生产成本，且不含有毒有害物质，环保安全。

另一方面，基于上述电子皮肤基底制备方法的基础上，本发明实施例还提供了一种电子皮肤基底。该电子皮肤基底包括树脂层和与树脂层层叠结合的多巴胺层。其中，树脂层的树脂材料可以如上文电子皮肤基底制备方法中所述的选用聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的至少一种，树脂层的厚度可以是0.01mm-0.03mm。多巴胺层的厚度为100nm以内，如可以是50-100nm。因此，电子皮肤基底采用多巴胺与电子皮肤树脂层结合，从而使得电子皮肤基底具有优异的生物相容性、粘性和透气性以及安全性，与人体皮肤贴合后不会有异物感，提高了用户体验效果，且在活动不易脱落，不产生过敏现象。

又一方面，在上述电子皮肤基底及其制备方法的基础上，本发明实施例还提供了一种电子皮肤。所述电子皮肤包括基底，所述基底为上文本发明实施例制备方法制备获得的电子皮肤基底。这样，该电子皮肤具有优异的生物相容性、粘性和透气性以及安全性，与人体皮肤贴合后不会有异物感，提高了用户体验效果，且在活动不易脱落，不产生过敏现象，安全。

现结合具体实例，对本发明实施例电子皮肤基底及其制备方法进行进一步详细说明。

实施例1

本实施例提供一种电子皮肤基底及其制备方法。其制备方法工艺流程图如图2所述，其包括如下步骤：

步骤S11：按照PU与DMF质量比为1:8的比例，将PU倒进烧杯中再用DMF进行稀释，静置一段时间或者利用抽真空设备抽去多余的起泡，获得树脂溶液；

步骤S12：缓缓倒在干净的塑料基底上进行旋涂，反复3次，室温静置3-5天可获得厚度在0.03mm的PU薄膜，且后期可拉伸继续变薄；其中，旋涂处理分两个阶段：第一阶段500r/min旋涂5s，第二阶段为3000r/min旋涂20s；

步骤S13：用去离子水稀释多巴胺到合适的浓度0.2g/mL，然后调控溶液的PH值在8.5左右，再将溶液通过旋转涂布或是浸渍的方式均匀地涂布在PU薄膜上；其中，旋涂处理分两个阶段：第一阶段500r/min旋涂5s，第二阶段为3000r/min旋涂20s；

步骤S14：自然烘干，分离获得柔性薄膜材料，后续进行灭菌处理。

实施例2

本实施例提供一种电子皮肤基底及其制备方法。其制备方法包括如下步骤：

步骤S21：将PDMS(Dow Corning(道康宁)公司的产品SYLGARD184)与固化剂按照10:1的重量比进行混合，搅拌10分钟后静置0.5-1小时去除气泡，或采用抽真空系统约10分钟，获得PDMS溶液；

步骤S22：将PDMS溶液缓缓倒在干净的PET基底上进行旋涂，反复3次，室温静置3-5天可获得厚度在0.02mm的PDMS薄膜，且后期可拉伸继续变薄；其中，旋涂处理分两个阶段：第一阶段转速为500r/min，时间10s；第二阶段转速为3000r/min，时间是45s；将旋涂所得的PDMS薄膜置于热板上加热，温度为120℃，固化时间为60min，待PDMS薄膜完全固化后将其从PET衬底上剥离；

步骤S23：用去离子水稀释多巴胺到合适的浓度0.2g/mL，然后调控溶液的PH值在8.5左右，再将溶液通过旋转涂布或是浸渍的方式均匀地涂布在PU薄膜上；其中，旋涂处理分两个阶段：第一阶段500r/min旋涂5s，第二阶段为3000r/min旋涂20s；

步骤S24：自然烘干，分离获得柔性薄膜材料，后续进行灭菌处理。

实施例3

本实施例提供一种电子皮肤基底及其制备方法。其制备方法包括如下步骤：

步骤S31：按照PU与DMF质量比为1:8的比例，将PU倒进烧杯中再用DMF进行稀释，静置一段时间或者利用抽真空设备抽去多余的起泡，获得树脂溶液；

步骤S32：缓缓倒在干净的塑料基底上进行旋涂，反复3次，室温静置3-5天可获得厚度在0.03mm的PU薄膜，且后期可拉伸继续变薄；其中，旋涂处理分两个阶段：第一阶段500r/min旋涂5s，第二阶段为3000r/min旋涂25s；

步骤S33：用去离子水稀释多巴胺到合适的浓度0.4g/mL，然后调控溶液的PH值在8.5左右，再将溶液通过旋转涂布或是浸渍的方式均匀地涂布在PU薄膜上；其中，旋涂处理分两个阶段：第一阶段500r/min旋涂5s，第二阶段为4000r/min旋涂20s；

步骤S34：自然烘干，分离获得柔性薄膜材料，后续进行灭菌处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。