CN108827501A - 一种触觉触感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种触觉传感器及其制备方法。所述触觉传感器包括第一电极和第二电极，以及位于第一电极和第二电极之间的离子凝胶薄膜，该离子凝胶薄膜具有天鹅绒竹芋表面微结构。本发明实施例提供的技术方案，简化了触觉传感器的制作工艺，降低了触觉传感器的制备成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及传感器技术领域，尤其涉及一种触觉传感器及其制备方法。
背景技术
当今社会，信息技术日新月异，互联网，云计算，大数据，人工智能等新技术逐渐蔓延到各个角落。工业生产和日常生活中的智能机器人、家用电器、自动售货机、手机、电脑以及各类传媒载体纷纷开始了“触觉革命”。
触觉信息的传导需求催生了传感技术，目前，基于电阻式、电容式、压电式、摩擦电式这四种传感器机制的触觉传感器已经应运而生。
但是，现有技术中的触觉传感器制作过程复杂、制备成本高，使得触觉传感器不能广泛应用到可穿戴电子设备、健康监测、人机交互等领域中。
发明内容
本发明提供一种触觉传感器及其制备方法，以简化触觉传感器的制作工艺，降低其制备成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种触觉传感器，包括第一电极和第二电极，以及位于第一电极和第二电极之间的离子凝胶薄膜，离子凝胶薄膜具有天鹅绒竹芋表面微结构。
可选的，第一电极和第二电极为柔性银纳米线透明电极。
可选的，所述离子凝胶薄膜置于所述第一电极以及所述第二电极之间，通过透明胶封装。
可选的，离子凝胶薄膜的材料为聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)和/或1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺[EMIM][TFSI]。
第二方面，本发明实施例还提供了一种触觉传感器的制备方法，该制备方法包括：形成第一电极；形成第二电极；形成离子凝胶薄膜；将离子凝胶薄膜置于第一电极和第二电极之间，以获得触觉传感器。
可选的，形成第一电极，包括：将第一柔性透明薄膜置于加热台上；在第一柔性透明薄膜上喷涂银纳米线，以形成第一银纳米线薄膜；从加热台上取下第一银纳米线薄膜；图形化第一银纳米线薄膜，以得到具有预设形状的第一银纳米线薄膜；将银丝电连接于具有预设形状的第一银纳米线薄膜的一端，以获得第一电极。
可选的，形成第二电极，包括：将第二柔性透明薄膜置于加热台上；在第二柔性透明薄膜上喷涂银纳米线，以形成第二银纳米线薄膜；从加热台上取下第二银纳米线薄膜；图形化第二银纳米线薄膜，以得到具有预设形状的第二银纳米线薄膜；将银丝电连接于具有预设形状的第二银纳米线薄膜的一端，以获得第二电极。
可选的，预设形状为带有尾状结构的多边形、椭圆形或圆形。
可选的，形成离子凝胶薄膜，包括：制备具有天鹅绒竹芋坑状微结构的模板；制作离子凝胶前驱液；在模板上旋涂离子凝胶前驱液；固化离子凝胶前驱液，以得到离子凝胶薄膜；从模板上剥离离子凝胶薄膜。
可选的，制备具有天鹅绒竹芋坑状微结构的模板，包括：将天鹅绒竹芋固定于基板上；在天鹅绒竹芋的表面多次旋涂并固化聚二甲基硅氧烷PDMS混合液，以获得PDMS薄膜；从天鹅绒竹芋表面剥离PDMS薄膜，以获得模板。
可选的，从天鹅绒竹芋表面剥离PDMS薄膜之后，还包括：等离子体处理PDMS薄膜具有天鹅绒竹芋坑状微结构的表面。
可选的，制备离子凝胶前驱液，包括：将聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)和1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺[EMIM][TFSI]按照预设质量比溶于丙酮，以配制成离子凝胶前驱液；或者，将聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)溶于丙酮，以配制成离子凝胶前驱液。
本发明实施例提供的触觉传感器包括第一电极、第二电极，以及设置于第一电极和第二电极之间的离子凝胶薄膜，该离子凝胶薄膜上具有天鹅绒竹芋表面微结构，由于具有天鹅绒竹芋表面微结构的离子凝胶薄膜制作工艺简单，且离子凝胶薄膜材料成本低廉，进而达到了简化触觉传感器的制作工艺，降低触觉传感器的制备成本的有益效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种触觉传感器结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种触觉传感器的制备方法流程图；
图3是本发明实施例提供的一种触觉传感器阵列的制作流程示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种触觉传感器结构示意图；
图5是图4中触觉传感器的压力-响应电容灵敏度测量图；
图6是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的压力-响应电容灵敏度测量图；
图7是本发明实施例提供的全P(VDF-HFP)触觉传感器的压力-响应电容灵敏度测量图；
图8是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的极限检测测量图；
图9是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的稳定性测试测量图；
图10是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的指关节弯曲测试图；
图11是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的腕关节弯曲测试图；
图12是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的木头手指与人手交互测试图；
图13a是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的气球充气测试图；
图13b是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的气球放气测试图；
图14是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的检测桡动脉脉搏测试图；
图15是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的检测颈动脉脉搏测试图；
图16是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器阵列的压力-响应电容测量图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种触觉传感器结构示意图。如图1所示，该触觉传感器包括第一电极110和第二电极120，以及位于第一电极110和第二电极120之间的离子凝胶薄膜130，该离子凝胶薄膜130具有天鹅绒竹芋表面微结构131。
示例性的，如图1所示，触觉传感器的离子凝胶薄膜130靠近第一电极110一侧的表面具有天鹅绒竹芋微结构131。可以理解的是，在本实施例的其他实施方式中，也可以是离子凝胶薄膜130靠近第二电极120一侧的表面具有天鹅绒竹芋微结构131，或者离子凝胶薄膜130靠近第一电极110和第二电极120一侧的表面均具有天鹅绒竹芋微结构131，本实施例对此不作具体限定。
需要说明的是，由于离子凝胶薄膜包括具有天鹅绒竹芋表面微结构的表面，使得当外界压力作用在该触觉传感器上时，该触觉传感器会形成电双层，进而增大了电容响应，使该触觉传感器的灵敏度得到提高。
本实施例提供的触觉传感器包括第一电极、第二电极，以及设置于第一电极和第二电极之间的离子凝胶薄膜，该离子凝胶薄膜上具有天鹅绒竹芋表面微结构，由于具有天鹅绒竹芋表面微结构的离子凝胶薄膜制作工艺简单，且离子凝胶薄膜材料成本低廉，进而达到了简化触觉传感器的制作工艺，降低触觉传感器的制备成本的有益效果。
可选的，第一电极110和第二电极120为柔性银纳米线透明电极。
需要说明的是，柔性银纳米线透明电极包括柔性透明薄膜和喷涂在柔性透明薄膜上的银纳米线，其中，柔性透明薄膜的材料可以为无色聚酰亚胺。基于柔性银纳米线透明电极良好的导电性和耐弯曲性，将柔性银纳米线透明电极作为第一电极和第二电极能够得到传感性能更好的触觉传感器。
可选的，该离子凝胶薄膜130的材料为1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺[EMIM][TFSI]和/或聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)。需要说明的是，上述材料成本低廉，使得该触觉传感器具有成本低的优点。
可选的，离子凝胶薄膜130置于第一电极110以及第二电极120之间，通过透明胶封装。
具体的，将第一电极110具有银纳米线的不导电面与透明胶带粘合，将第二电极120具有银纳米线的不导电面与透明胶粘合；将离子凝胶薄膜放在导电面相对的俩电极之间封装。需要说明的是，用于实现第一电极和第二电极连接的方式不限于使用透明胶进行封装，在不影响第一电极和第二电极电学特性的前提下，还可以为其他方式，本实施例对此不作具体限定。
图2是本发明实施例提供的一种触觉传感器的制备方法流程图。该制备方法可适用于制备本发明任意实施例所述的触觉传感器。如图2所示，该制备方法具体包括以下：
S110、形成第一电极110。
具体的，形成第一电极110可以包括将第一柔性透明薄膜置于加热台上，在第一柔性透明薄膜上喷涂银纳米线，以形成第一银纳米线薄膜，从加热台上取下第一银纳米线薄膜，图形化第一银纳米线薄膜，以得到具有预设形状的第一银纳米线薄膜，将银丝电连接于具有预设形状的第一银纳米线薄膜的一端，以获得第一电极110。
示例性的，首先，将该第一柔性透明薄膜置于50℃加热台上，这样设置的好处在于，使银纳米线更牢固地粘附于无色聚酰亚胺薄膜上，然后，使用喷笔将银纳米线喷涂在第一柔性透明薄膜上，该喷笔的气枪喷速为6ml/min，最后，从加热台上取下第一银纳米线薄膜，并利用二氧化碳激光切割机将该第一银纳米线薄膜切割为预设形状，在预设形状的一端粘接上银丝作为测试端连接线。
S120、形成第二电极120。
具体的，形成第二电极120可以包括：将第二柔性透明薄膜置于加热台上，在第二柔性透明薄膜上喷涂银纳米线，以形成第二银纳米线薄膜，从加热台上取下第二银纳米线薄膜，图形化第二银纳米线薄膜，以得到具有预设形状的第二银纳米线薄膜，将银丝电连接于具有预设形状的第二银纳米线薄膜的一端，以获得第二电极120。
需要说明的是，第二电极120的制备步骤与第一电极110的制备步骤相似，可参考上述制备第一电极110的示例，此处不再进行举例说明。
示例性的，第一柔性透明薄膜和第二柔性透明薄膜可以为无色透明聚酰亚胺薄膜。
可选的，预设形状可以为带有尾状结构的多边形、椭圆形或圆形。
其中，多边形可以包括三角形、菱形或矩形。需要说明的是，在该预设形状带有尾状的一端粘接银丝作为测试端连接线的好处在于：由于测试端连接线距离该触觉传感器的受力位置相对较远，这样的设置避免了测试端连接线的扰动干扰该触觉传感器对外界施加压力的测量。
S130、形成离子凝胶薄膜130。
具体的，形成上述离子凝胶薄膜130具体可以包括制备具有天鹅绒竹芋坑状微结构的模板，制作离子凝胶前驱液，在模板上旋涂离子凝胶前驱液，固化离子凝胶前驱液，以得到离子凝胶薄膜130，从模板上剥离离子凝胶薄膜130。
可选的，制备具有天鹅绒竹芋坑状微结构的模板具体可以包括：将天鹅绒竹芋固定于基板上；在天鹅绒竹芋的表面多次旋涂并固化PDMS混合液，以获得PDMS薄膜，其中，PDMS混合液由离子凝胶前驱液和固化剂按照预设质量比混合获得；从天鹅绒竹芋表面剥离PDMS薄膜，以获得模板。
示例性的，将新鲜的天鹅绒竹芋清洗干净并用气枪吹干，然后用双面胶将其固定在玻璃基板上保持平整，随后开始复写其表面微结构，具体操作如下：将离子凝胶前驱液和固化剂按质量比为5:1的比例混合得到PDMS混合液，将PDMS混合液放入真空箱中去除气泡，然后将该PDMS混合液刮涂于天鹅绒竹芋表面，随后将涂有PDMS混合液的天鹅绒竹芋放入70摄氏度烘箱中加热。可选的，为了加厚模板厚度，当PDMS混合液加热到半固化时取出，然后在其表面再次刮涂离子凝胶混合液，如此重复2次。需要说明的是，这样设置的好处在于，模板越厚，模板的使用寿命越长，从而节约成本。最后，将涂有离子凝胶混合液的天鹅绒竹芋放入烘箱中持续加热1小时，之后将固化后的PDMS混合液从天鹅绒竹芋上轻轻剥离下来即可获得具有天鹅绒竹芋坑状微结构的模板。模板的制备工艺简单，用于制备模板的材料成本低廉，从而降低了触觉传感器的制作成本。
可选的，从天鹅绒竹芋表面剥离离子凝胶混合薄膜之后还可以包括：等离子体处理离子凝胶混合薄膜具有天鹅绒竹芋坑状微结构的表面。
示例性的，将离子凝胶混合薄膜放入等离子设备中进行处理，将等离子设备功率设置为50瓦，等离子处理时间设置为1分钟，这样设置的好处在于，通过等离子处理模板以降低其表面能，使离子凝胶薄膜130更容易从模板上剥离。
可选的，制作离子凝胶前驱液可以包括：将聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)和1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺[EMIM][TFSI]按照预设质量比溶于丙酮，以配制成离子凝胶前驱液；或者，将聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)溶于丙酮，以配制成所述离子凝胶前驱液。
示例性的，称取2克聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)溶于10毫升丙酮，磁力搅拌2小时；之后再加入6克1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺[EMIM][TFSI]离子液体，持续搅拌0.5小时，形成P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]离子凝胶前驱液。
或者，称取2克聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)溶于10毫升丙酮，磁力搅拌2小时，形成全聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)的离子凝胶前驱液。P(VDF-HFP)和[EMIM][TFSI]价格低廉，使得触觉传感器的制作成本相应降低。
示例性的，以下为在模板上旋涂离子凝胶前驱液的示例：将上述模板固定在玻璃基板上，在该模板上旋涂离子凝胶前驱液，旋涂转速为2000转/分钟，旋涂操作持续1分钟。
需要说明的是，固化离子凝胶前驱液时，离子凝胶前驱液中的丙酮持续挥发，当离子凝胶前驱液中的丙酮挥发完后，离子凝胶前驱液固化完成。
示例性的，以下为从模板上剥离离子凝胶薄膜的示例：用镊子将离子凝胶薄膜130沿着从四周到中间的方向从模板上轻轻剥离下来，剥离过程中要注意剥离力度不能太大，避免将离子凝胶薄膜130撕裂。
S140、将离子凝胶薄膜130置于第一电极110和第二电极之间120，以获得触觉传感器。
示例性的，图3是本发明实施例提供的一种触觉传感器阵列的制作流程示意图。如图3所示，图形化第一柔性透明薄膜层，在图形化后的第一柔性透明薄膜层上喷涂银纳米线，以获得第一银纳米线薄膜层，其中，第一银纳米线薄膜层包括5个银纳米线薄膜条，每个银纳米线薄膜条包括5个首尾相连的带有尾状结构的圆形。然后将第一银纳米线薄膜层置于PDMS薄膜上，并将5个银丝分别电连接于一个银纳米线薄膜条的一端，进而形成第一电极层，其中，PDMS薄膜用于封装该触觉传感器阵列。再将具有天鹅绒竹芋表面微结构的离子凝胶薄膜层置于第一电极层上，最后将第二电极层置于离子凝胶薄膜远离第一电极层的一侧。需要说明的是，第二电极层的形成方法与第一电极层相同，此处不再赘述。需要说明的是，触觉传感器阵列包括多个本发明任意实施例提供的触觉传感器，可以理解的是，第一电极层包括多个第一电极，第二电极层包括多个第二电极。值得注意的是，形成单个触觉传感器时，由于其整体尺寸较小，不便于银纳米线的喷涂，因此，在未进行切割前喷涂银纳米线。但是触觉传感器阵列则不存在这个问题，因此先对透明薄膜层进行切割后再喷涂银纳米线，以避免切割造成银纳米线薄膜的损坏。
以下示例性的给出部分测试结果，以证明本发明任意实施例提供的触觉传感器具有良好的传感性能。
图4是本发明实施例提供的另一种触觉传感器结构示意图。如图4所示，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]无天鹅绒竹芋表面微结构触觉传感器包括第一电极210和第二电极220，以及位于第一电极210和第二电极220之间的平板离子凝胶薄膜230，该平板离子凝胶薄膜230不具具有天鹅绒竹芋表面微结构。
图5是图4中触觉传感器的压力-响应电容灵敏度测量图。测试过程中，P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]无天鹅绒竹芋表面微结构触觉传感器的第一电极210和第二电极220分别接LCR表的两端，其中，LCR表用于测量传感器本征参数。将LCR表的频率设置为1兆赫兹，压强范围设置为0-115千帕。该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]无天鹅绒竹芋表面微结构触觉传感器的压力-响应电容灵敏度在低压强区为1.03kPa-1，在高压强区为0.037kPa-1。
图6是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的压力-响应电容灵敏度测量图。由P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]离子凝胶前驱液制备的离子凝胶薄膜130设置于触觉传感器的第一电极110和第二电极120之间，形成P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的第一电极110和第二电极120分别接LCR表的两端。将LCR表的频率设置为1兆赫兹，压强范围设置为0-115千帕，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的压力-响应电容灵敏度测试结果如图6所示。该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的压力-响应电容灵敏度在0-0.4千帕压强区为54.3kPa-1，在30-115千帕压强区为1.03kPa-1，参见图5和图6，可以看出，相对于图4所示的触觉传感器，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器具有较高的灵敏度，说明天鹅绒竹芋表面微结构有利于触觉传感器灵敏度的提高。
图7是本发明实施例提供的全P(VDF-HFP)触觉传感器的压力-响应电容灵敏度测量图。由全P(VDF-HFP)离子凝胶前驱液制备的离子凝胶薄膜130设置于触觉传感器的第一电极110和第二电极120之间，形成全P(VDF-HFP)触觉传感器。该全P(VDF-HFP)触觉传感器的第一电极110和第二电极120分别接LCR表的两端。将LCR表的频率设置为1兆赫兹，压强范围设置为0-115千帕，该全P(VDF-HFP触觉传感器的压力-响应电容灵敏度测试结果如图16所示。该全P(VDF-HFP)触觉传感器的压力-响应电容灵敏度在低压强区为0.641kPa-1，在高压强区为0.005kPa-1，参见图6和图7，可以看出，相对于全P(VDF-HFP)触觉传感器，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器具有较高的灵敏度，说明离子凝胶薄膜材料为P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]比材料为全P(VDF-HFP)有利于触觉传感器灵敏度的提高。
进一步的，图8是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的极限检测测量图，其中，圆点线表示该触觉传感器电容响应，实线表示在该触觉传感器上所加压力。该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的第一电极110和第二电极120分别接LCR表的两端，将LCR表的频率设置为1兆赫兹，在该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器上施加压力，每次施加压力过程为，将施加压力缓慢增加至目标压力，然后将施加压力缓慢减小至0，施加压力大小逐渐增加，共进行5次施加压力操作，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的响应电容测量结果如图8所示，检测出该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器能检测到的最小压强为0.1帕，可以看出，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器具有较低的检测极限。
图9是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的稳定性测试测量图。该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的第一电极110和第二电极120分别接LCR表的两端，将LCR表的频率设置为1兆赫兹，压强设置为恒定的0.3千帕，循环压缩次数设置为5400次，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的响应电容测量结果如图9所示。可以看出，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器具有良好的稳定性。
图10是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的指关节弯曲测试图，图11是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的腕关节弯曲测试图。该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的第一电极110和第二电极120分别接LCR表的两端，将LCR表的频率设置为1兆赫兹，同时，将该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器固定在手指指关节，进行指关节弯曲测试，再将该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器固定在腕关节，进行腕关节弯曲测试，图10和图11的测试结果说明该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器对指关节以及腕关节弯曲具有良好的电容响应。
图12是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的木头手指与人手交互测试图，图13a是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的气球充气测试图，图13b是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的气球放气测试图。该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的第一电极110和第二电极120分别接LCR表的两端，将LCR表的频率设置为1兆赫兹，同时，将该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器固定在木手指端，将人的手指去触碰该木头手指的指尖，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器响应电容测量结果如图12所示。将木头手指握住气球，气球充气过程，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器响应电容测量结果如图13a所示，气球放气过程，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器响应电容测量结果如图13b所示。图12、图13a和图13b说明说明该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器在人机交互领域具有良好的应用前景。
图14是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的检测桡动脉脉搏测试图，图15是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的检测颈动脉脉搏测试图。该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器的第一电极110和第二电极120分别接LCR表的两端，将LCR表的频率设置为1兆赫兹，同时，将该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器固定在人体的手腕桡动脉处，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器响应电容测量结果如图14所示；将该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器固定在人体的颈部颈动脉处，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器响应电容测量结果如图15所示，可以看出，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器在人体健康监测领域具有良好的应用前景。
示例性的，图16是本发明实施例提供的P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器阵列的压力-响应电容测量图。将5×5P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器阵列的第一电极层和第二电极层分别接LCR表的两端，其中，需要5个LCR表，将形状为数字“6”的物体放置在该5×5P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器阵列上，将形状为三角形的物体放置在该阵列左下角，将形状为矩形的物体放置在该阵列右上角，该5×5P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器阵列响应电容测量结果如图16所示，可以看出，该P(VDF-HFP)[EMIM][TFSI]触觉传感器阵列能够检测二维压力分布。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (12)
1.一种触觉传感器，其特征在于，包括第一电极和第二电极，以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的离子凝胶薄膜，所述离子凝胶薄膜具有天鹅绒竹芋表面微结构。
2.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极为柔性银纳米线透明电极。
3.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于，所述离子凝胶薄膜置于所述第一电极以及所述第二电极之间，通过透明胶封装。
4.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于，所述离子凝胶薄膜的材料为聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)和/或1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺[EMIM][TFSI]。
5.一种触觉传感器的制备方法，用于制备权利要求1-4任一项所述的触觉传感器，其特征在于，包括：
形成所述第一电极；
形成所述第二电极；
形成所述离子凝胶薄膜；
将所述离子凝胶薄膜置于所述第一电极和所述第二电极之间，以获得所述触觉传感器。
6.根据权利要求5所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，所述形成所述第一电极，包括：
将第一柔性透明薄膜置于加热台上；
在所述第一柔性透明薄膜上喷涂银纳米线，以形成第一银纳米线薄膜；
从所述加热台上取下所述第一银纳米线薄膜；
图形化所述第一银纳米线薄膜，以得到具有预设形状的第一银纳米线薄膜；
将银丝电连接于所述具有预设形状的第一银纳米线薄膜的一端，以获得所述第一电极。
7.根据权利要求5所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，所述形成所述第二电极，包括：
将第二柔性透明薄膜置于所述加热台上；
在所述第二柔性透明薄膜上喷涂银纳米线，以形成第二银纳米线薄膜；
从所述加热台上取下所述第二银纳米线薄膜；
图形化所述第二银纳米线薄膜，以得到具有预设形状的第二银纳米线薄膜；
将银丝电连接于所述具有预设形状的第二银纳米线薄膜的一端，以获得所述第二电极。
8.根据权利要求6或7所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，所述预设形状为带有尾状结构的多边形、椭圆形或圆形。
9.根据权利要求5所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，所述形成所述离子凝胶薄膜，包括：
制备具有天鹅绒竹芋坑状微结构的模板；
制作离子凝胶前驱液；
在所述模板上旋涂所述离子凝胶前驱液；
固化所述离子凝胶前驱液，以得到所述离子凝胶薄膜；
从所述模板上剥离所述离子凝胶薄膜。
10.根据权利要求9所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，所述制备具有天鹅绒竹芋坑状微结构的模板，包括：
将天鹅绒竹芋固定于基板上；
在所述天鹅绒竹芋的表面多次旋涂并固化PDMS混合液，以获得PDMS薄膜；
从所述天鹅绒竹芋表面剥离所述PDMS薄膜，以获得所述模板。
11.根据权利要求10所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，所述从所述天鹅绒竹芋表面剥离所述PDMS薄膜之后，还包括：
等离子体处理所述PDMS薄膜具有天鹅绒竹芋坑状微结构的表面。
12.根据权利要求9所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，所述制备离子凝胶前驱液，包括：
将聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)和1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺[EMIM][TFSI]按照预设质量比溶于丙酮，以配制成所述离子凝胶前驱液；或者，
将聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)P(VDF-HFP)溶于丙酮，以配制成所述离子凝胶前驱液。
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Application publication date: 20181116 Assignee: Shenzhen Churou Technology Co.,Ltd. Assignor: Southern University of Science and Technology Contract record no.: X2021980002164 Denomination of invention: The invention relates to a tactile tactile sensor and a preparation method thereof License type: Exclusive License Record date: 20210326 |
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Assignee: Shenzhen Churou Technology Co.,Ltd. Assignor: Southern University of Science and Technology Contract record no.: X2021980002164 Date of cancellation: 20230804 |