CN109567984B - 一种电子皮肤及其制备方法和应用 - Google Patents

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    • A61F2/10—Hair or skin implants
    • A61F2/105—Skin implants, e.g. artificial skin

Abstract

本发明公开了一种电子皮肤及其制备方法。电子皮肤包括云母衬底、覆盖在云母衬底上的50%Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极，所述云母衬底的厚度为0.02~20μm，半导体薄膜层的厚度为5~200nm，金属电极的厚度为5~200 nm。电子皮肤可以感知温度、应力、形变和光照，且具有可弯曲、重量轻、厚度薄、功耗低、应力感应高灵敏、耐低温和有机溶剂等优点，还具有很好的耐低温和耐弯曲疲劳特性。电子皮肤的制备工艺简单、成熟的镀膜工艺可以与半导体工艺兼容，能够实现光刻和离子刻蚀，从而能够使效率更高更方便实现器件的微型化和集成化，易于产业化推广。

Description

一种电子皮肤及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电子皮肤技术领域，更具体地，涉及一种电子皮肤及其制备方法和应用。
背景技术
电子皮肤是一种能够弯曲或拉伸的电子传感器，因其能够对应力、温度、湿度、气体或光照等具有探测能力，并且像皮肤一样柔软能够贴合在生物、机器人、土木建筑或者飞机的机翼表面，也可植入到衣服、手套、甚至仿生假肢以及身体中使其对周围环境产生触觉从而形成可穿戴、功能性并有一定感知能力的电子器件。这些特性使电子皮肤在人机交互、机器人工程和生物医学器件等领域具有极大的应用意义。
一直以来，人们对电子皮肤的研究多采用金属或硅纳米线、碳纳米管、石墨烯和具有导电能力的弹性高分子沉积或贴合于聚酰亚胺(PI)、二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)以及棉花甚至丝绸纤维上。然而一些无法避免的问题却限制了这些传统的电子皮肤的应用，例如以碳纳米管、石墨烯为感受材料的应力传感器在制备过程中需要转移工艺，以金属纳米线为感应材料的电子皮肤在制备过程中需要静电纺丝工艺，这些工艺比较耗时并且无法与现在高效并且成熟的半导体工艺兼容。此外，聚酰亚胺(PI)、二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)以及棉花甚至丝绸纤维等这些柔性衬底无法耐受高温、低温等严酷的自然环境，无法满足电子皮肤产品的使用环境要求。
因此，提供一种新的不仅具有很好的应力、温度和光照感应性能，且能够应对高温、低温等严酷的自然环境的电子皮肤对于扩大和改善电子皮肤的应用性能具有非常重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有电子皮肤制备的缺陷和不足，提供一种电子皮肤。
本发明的另一目的在于提供一种上述电子皮肤的制备方法。
本发明的另一目的在于上述电子皮肤在可穿戴、功能性电子器件中的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种电子皮肤，包括云母衬底、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极，所述云母衬底的厚度为0.02～20μm，半导体薄膜层的厚度为5～200nm，金属电极的厚度为5～200nm。
云母衬底决定电子皮肤的可弯曲特性，因此云母衬底不能太厚，太厚的云母衬底不再具有柔性，在承受机械应力时容易碎裂，太薄的云母衬底具有很好的柔性，但是容易撕裂或被刺破。
半导体薄膜层的厚度决定电子皮肤的电学性能，太薄的半导体薄膜层具有较大的电阻，在通电工作状态易发热且功耗较高，太厚的半导体薄膜层虽具有较小的电阻，但是较厚的半导体薄膜层中也具有较多的晶格缺陷，这些晶格缺陷会成为电子迁移过程中的散射中心，从而大大降低电子的迁移率并降低电子皮肤对外界刺激相应的灵敏度。
金属电极是电子皮肤与外部仪器、电路以及其他传感器或处理器连接的桥梁。因为半导体薄膜层以及衬底均具有一定的粗糙度，所以太薄的金属电极无法形成有效的金属薄膜，导致金属电极自身电阻增大，不利于将半导体薄膜层的电学信号传输给外部仪器或电路，太厚的金属电极具有较小的电阻，但是在电子皮肤弯曲过程中会导致较厚的金属电极的脱落从而减少电子皮肤的寿命。
云母是一种黏土矿，化学通式为KAl2(Si3AlO10)(OH)2，云母具有很好的绝缘特性、与传统的刚性衬底，比如硅、二氧化硅、碳化硅相比，块体的云母是由K+离子通过静电力吸附负电的硅铝酸盐层结合在一起的，因为这种静电吸附力较弱，所以在外力作用下，块体的云母很容易沿着K+离子所在的晶面撕裂开来，经过层层剥离就很容易将块体的云母削减到足够薄的厚度从而实现云母从刚性到柔性的转变。而且与传统的柔性衬底如：聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)相比，云母具有优良的化学稳定性并且能够承受700℃的高温，能够满足电子皮肤耐高温的环境适应性需求。
Ba0.5Nb0.5TiO3具有半导体输运行为，其电阻能够随着温度的降低单调升高而不具有突变从而能够保证电子皮肤的电学稳定性。本发明的金属电极为电子工业中常用金属电极，其电子逸出功要低于半导体薄膜的电子逸出功。
优选地，所述电极为铂金、金、银、铜、铝、铬等金属制备而成。
本发明的电子皮肤可以感知温度、应力、形变和光照，并且制备工艺与半导体工艺兼容、可进行光刻实现图形化和集成化，且具有可弯曲(曲率半径可达4mm)、重量轻 (2.06gcm-3)、厚度薄(13.94μm)、功耗低(1.01μW)、应力感应高灵敏(GF27.5)、耐低温(20K)和有机溶剂等优点。
本发明的电子皮肤具有很好的耐低温和耐弯曲疲劳特性，其电学性质可以在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，或在大气环境中弯曲5000次依然能够保持电学性质稳定。
优选地，所述云母衬底的厚度为1～20μm，半导体薄膜层的厚度为30～200nm，金属电极的厚度为50～100nm。
优选地，半导体薄膜层的厚度为30～100nm，金属电极的厚度为80～100nm。
优选地，所述云母衬底的厚度为4.5μm，半导体薄膜层的厚度为100nm，金属电极的厚度为80nm。
优选地，所述半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。原子级平整表面有利于提升电子皮肤对外界应力的响应能力，且表面平整有利于提高电子迁移率，不容易产生发热现象，在电子皮肤的其他应用中也有利于提高其多层结构的贴合度。表面平整还可以有效减少半导体薄膜层的晶格缺陷，有助于电子的迁移和运动从而降低电阻，有助于器件工作状态减少能耗。
通过原子力显微镜测定其RMS值为0.239nm，且具有良好的结晶性，111晶向的半宽峰宽为0.445。
一种电子皮肤的制备方法，包括如下步骤：
S1.50％Nb掺杂BaTiO3薄膜的制备：以Ba0.5Nb0.5TiO3作为靶材，轰击Ba0.5Nb0.5TiO3靶材使形成的等离子体沉积云母衬底表面形成Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜，沉积条件：温度400～800℃，氧气压强5.0×10-1～5.0×10-5Pa，激光能流密度1.0～2.5J cm-2。
S2.电极的制备：以金属作为靶材，轰击金属靶材形成等离子体，在Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的四个角溅射形成一层金属电极，即得所述的电子皮肤，沉积条件：10～150℃，氧气压强 5.0×10-1～5.0×10-5Pa，激光能流密度1.0～2.5J cm-2。
本发明的电子皮肤的制备工艺简单、成熟的镀膜工艺可以与半导体工艺兼容，能够实现光刻和离子刻蚀，从而能够使效率更高更方便实现器件的微型化和集成化，易于产业化推广。
其中沉积条件中沉积温度、氧气压强和激光能流密度是对电子皮肤产品影响极其重要的参数，沉积温度与半导体薄膜层的结晶质量息息相关，通过控制温度可使半导体薄膜材料在生长过程中实现较好的结晶，以减少半导体薄膜层中的缺陷，便于电子在半导体薄膜层中的迁移，有助于提升电子皮肤对外界刺激的灵敏度，此外半导体薄膜层获得较好的结晶可以保证半导体薄膜层的稳定性，激光能流密度也可使半导体薄膜材料在生长过程中实现较好的结晶并获得较为平整的半导体薄膜表面
适宜的氧气压强可以是半导体薄膜层具有一定的氧空位，氧空位是一种N型掺杂可以增加半导体薄膜层中电子的数目降低电阻降低电子皮肤的功耗。
优选地，S1中所述沉积条件为：温度650℃，氧气压强3.0×10-4Pa，激光能流密度1.5J cm-2。
优选地，S2中所述沉积条件为：温度30℃，氧气压强3.0×10-4Pa，激光能流密度1.5Jcm-2。
优选地，S1中所述沉积的脉冲频率1～5Hz，靶材与云母衬底的间距为30～60mm，S2中所述沉积的脉冲频1～10Hz，靶材与Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的间距为30～60mm。
更优选地，S1中所述沉积的脉冲频率1Hz，靶材与云母衬底的间距为45mm，S2中所述沉积的脉冲频8Hz，靶材与Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的间距为45mm。
优选地，所述Ba0.5Nb0.5TiO3靶材为直径25mm、厚度5mm的圆柱状多晶Ba0.5Nb0.5TiO3。
优选地，S2中所述金属靶材为直径25mm、厚度5mm的圆柱状铂金。
优选地，S1中所述云母衬底的尺寸为15mm×15mm×4.5μm。
优选地，S1中所述Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜层的尺寸为5mm×5mm×100nm。
优选地，S2中所述金属电极的尺寸为0.8mm×0.8mm×80nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种电子皮肤，电子皮肤包括特定厚度的云母衬底、覆盖在云母衬底上的50％ Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层、覆盖在半导体薄膜层上的金属电极，电子皮肤可以感知温度、应力、形变和光照，且具有可弯曲、重量轻、厚度薄、功耗低、应力感应高灵敏、耐低温和有机溶剂等优点，还具有很好的耐低温和耐弯曲疲劳特性。电子皮肤的制备工艺简单、成熟的镀膜工艺可以与半导体工艺兼容，能够实现光刻和离子刻蚀，从而能够使效率更高更方便实现器件的微型化和集成化，易于产业化推广。
附图说明
图1为电子皮肤的结构示意图，其中1为云母衬底，2为半导体薄膜层，3为金属电极。
图2为电子皮肤的电阻对温度的响应(R-T)图。
图3为电子皮肤的电阻对应力的响应图。
图4为电子皮肤的电阻对弯曲曲率的响应及耐弯曲疲劳的特性图。
图5为不同弯曲状态下电子皮肤在20K温度条件下的电阻-时间图。
图6为电子皮肤的电阻对光照的响应图。
图7为云母和半导体薄膜表面的AFM图及电子皮肤弯曲状态的显微镜照片，其中(b)为云母表面形貌，RMS:0.097nm；(c)为半导体薄膜表面形貌，RMS:0.239nm；(d) 为电子皮肤弯曲状态的显微镜照片。
图8为云母和半导体薄膜的XRD图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为0.5μm，半导体薄膜层的厚度为10nm，铂金电极的厚度为30nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
电子皮肤的制备方法，包括如下步骤：
S1.50％Nb掺杂BaTiO3薄膜的制备：以Ba0.5Nb0.5TiO3作为靶材，轰击Ba0.5Nb0.5TiO3靶材使形成的等离子体沉积云母衬底表面形成Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜，沉积条件：650℃，氧气压强 3.0×10-4Pa，激光能流密度1.5J cm-2，脉冲频率1Hz，靶材与云母衬底的间距为45mm；
S2.电极的制备：以铂金作为靶材，轰击铂金靶材形成等离子体，在Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的四个角溅射形成一层铂金电极，即得电子皮肤，沉积条件：30℃，氧气压强3.0×10-4Pa，激光能流密度1.5Jcm-2，脉冲频率8Hz，靶材与Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的间距为45mm。
对上述电子皮肤的电阻对温度、应力和光照的响应进行检测，检测结果如图2、图3和图6所示。
图2为电子皮肤的电阻随温度变化的曲线，随着温度由20K升高至350K，Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的电阻单调降低，表明电子皮肤的电阻变化在一定程度上能够反映温度的变化。
图3为电子皮肤连续弯曲过程中的电阻变化情况(最小弯曲曲率半径为5mm)。在连续弯曲过程中，电子皮肤的电阻变化与应力变化一致，无明显的滞后，且在相同弯曲状态下，电子皮肤的电阻没有发生明显的漂移，表明电子皮肤具备对应力的良好的感知能力。
图4(a)为电子皮肤在经历展平、曲率半径为10mm、8mm、5mm，然后为8mm 曲率半径再恢复为展平状态的电阻变化曲线，结果表明电子皮肤的电阻对不同的弯曲状态具有很好的响应能力，相同弯曲状态下，电子皮肤的电阻保持一致表明电子皮肤具有很好的可恢复性。图4(b)表明电子皮肤经历多个周期的弯曲后电阻依然没有发生明显的漂移，相同弯曲状态下，电子皮肤的电阻依然保持一致。图4(c)为电子皮肤在经历5000次弯曲-展平周期过程中的电阻变化(最小弯曲曲率半径为5mm)。结果表明经历5000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，表明电子皮肤具有很好的可恢复性。
图5为不同弯曲状态下电子皮肤在20K温度条件下的电阻-时间图。在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
图6为展平状态下的电子皮肤对450nm光照的响应，表明电子皮肤具备对450nm 光线的感知能力。
图7为云母和半导体薄膜表面的AFM图及电子皮肤弯曲状态的显微镜照片，其中(b)为云母表面形貌，RMS:0.097nm；(c)为半导体薄膜表面形貌，RMS:0.239nm；表明云母衬底和半导体薄膜表面很好的平整度(d)为电子皮肤弯曲状态的显微镜照片，表明电子皮肤具备很好的柔性。
图8为云母和半导体薄膜的XRD图，表明半导体薄膜为多晶结构。
对上述电子皮肤的弯曲性能进行检测，检测结果如图4和图7所示，图4为电子皮肤的电阻对弯曲曲率的响应及耐弯曲疲劳的特性图，
实施例2
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为4.5μm，半导体薄膜层的厚度为100nm，铂金电极的厚度为80nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲 8000次依然能够保持电学性质稳定。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF30.0，经历8000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，电子皮肤具有很好的可恢复性，在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
实施例3
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为20μm，半导体薄膜层的厚度为100nm，铂金电极的厚度为80nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲 7000次依然能够保持电学性质稳定。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF27.5，经历7000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，电子皮肤具有很好的可恢复性，在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
实施例4
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为1μm，半导体薄膜层的厚度为100nm，铂金电极的厚度为80nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲 7000次依然能够保持电学性质稳定。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF＝26.5，经历7000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，电子皮肤具有很好的可恢复性，在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
实施例5
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为4.5μm，半导体薄膜层的厚度为30nm，铂金电极的厚度为80nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF＝27.3，经历7000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，电子皮肤具有很好的可恢复性，在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
实施例6
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为4.5μm，半导体薄膜层的厚度为5nm，铂金电极的厚度为80nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF为25.6，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲5000次依然能够保持电学性质稳定。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF25.6，经历5000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，电子皮肤具有很好的可恢复性，在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
实施例7
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为4.5μm，半导体薄膜层的厚度为100nm，铂金电极的厚度为5nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
电子皮肤应力感应高灵敏GF为26.4，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲5000次依然能够保持电学性质稳定。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF26.4，经历5000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，电子皮肤具有很好的可恢复性，在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
实施例7
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为4.5μm，半导体薄膜层的厚度为100nm，铂金电极的厚度为100nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
电子皮肤应力感应高灵敏GF为28.7，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲8000次依然能够保持电学性质稳定。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF为28.7，经历8000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，电子皮肤具有很好的可恢复性，在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
实施例8
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为4.5μm，半导体薄膜层的厚度为100nm，铂金电极的厚度为200nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
电子皮肤应力感应高灵敏GF为25.7，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲6000次依然能够保持电学性质稳定。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF25.7，经历6000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，电子皮肤具有很好的可恢复性，在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
实施例9
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为4.5μm，半导体薄膜层的厚度为100nm，铂金电极的厚度为50nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
电子皮肤应力感应高灵敏GF为28.1，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲7000次依然能够保持电学性质稳定。
电子皮肤的应力感应高灵敏GF28.1，经历7000次弯曲-展平周期后，电子皮肤的电阻依然未发生明显的漂移，电子皮肤具有很好的可恢复性，在20K温度条件下经历10小时的测试，不同弯曲状态下电子皮肤的电阻依然保持平稳，表明电子皮肤在低温20K条件下具有很好的稳定性。
实施例10
一种电子皮肤的制备方法，包括如下步骤：
S1.50％Nb掺杂BaTiO3薄膜的制备：以Ba0.5Nb0.5TiO3作为靶材，轰击Ba0.5Nb0.5TiO3靶材使形成的等离子体沉积云母衬底表面形成Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜，沉积条件：温度650℃，氧气压强3.0×10-4Pa，激光能流密度1.5J cm-2，脉冲频率1Hz，靶材与云母衬底的间距为45mm；
S2.电极的制备：以铂金作为靶材，轰击铂金靶材形成等离子体，在Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的四个角溅射形成一层铂金电极，即得电子皮肤，沉积条件：30℃，氧气压强3.0×10- 4Pa，激光能流密度1.5Jcm-2，脉冲频率8Hz，靶材与Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的间距为45mm。。
制备得到的电子皮肤的应力感应高灵敏GF为29.4，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲9000次依然能够保持电学性质稳定。
实施例11
一种电子皮肤的制备方法，与实施例10基本相同，其区别在于S1中沉积条件：温度为 400℃；
制备得到的电子皮肤的应力感应高灵敏GF为27.5，其电学性质为在20K低温条件下保持 10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲7000次依然能够保持电学性质稳定。
实施例12
一种电子皮肤的制备方法，与实施例9基本相同，其区别在于S1中沉积条件：温度为 800℃；
制备得到的电子皮肤的应力感应高灵敏GF为27.3，其电学性质为在20K低温条件下保持 10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲7000次依然能够保持电学性质稳定。
实施例13
一种电子皮肤的制备方法，与实施例9基本相同，其区别在于S2中沉积条件：温度为 150℃。
制备得到的电子皮肤的应力感应高灵敏GF为26.7，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲7000次依然能够保持电学性质稳定。
实施例14
一种电子皮肤的制备方法，与实施例9基本相同，其区别在于S2中沉积条件：温度为 20℃；氧气压强5.0×10-1Pa，激光能流密度1.0Jcm-2。
制备得到的电子皮肤的应力感应高灵敏GF为25.4，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲6000次依然能够保持电学性质稳定。
实施例15
一种电子皮肤的制备方法，与实施例9基本相同，其区别在于S2中沉积条件：温度为 150℃；氧气压强5.0×10-5Pa，激光能流密度2.5Jcm-2。
制备得到的电子皮肤的应力感应高灵敏GF为26.1，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲7000次依然能够保持电学性质稳定。
对比例1
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为30μm，半导体薄膜层的厚度为300nm，铂金电极的厚度为250nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
制备得到的电子皮肤的应力感应高灵敏GF为23.4，其电学性质为在20K低温条件下保持10小时而不发生明显变化，在大气环境中弯曲5000次依然能够保持电学性质稳定。
对比例2
一种电子皮肤，如图1所示，包括云母衬底1、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层2、覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极3，云母衬底的厚度为30μm，半导体薄膜层的厚度为1nm，铂金电极的厚度为2nm，半导体薄膜层的表面为原子剂平整的表面。
制备得到的电子皮肤的应力感应高灵敏GF为24.7，其电学性质为在20K低温条件下发生明显变化，在大气环境中弯曲4500次依然能够保持电学性质稳定。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子皮肤，其特征在于，包括云母衬底、覆盖在云母衬底上的50％Nb掺杂BaTiO3半导体薄膜层和覆盖在半导体薄膜层上的铂金电极，所述云母衬底的厚度为0.02～20μm，半导体薄膜层的厚度为5～200nm，金属电极的厚度为5～200nm；
所述电子皮肤的制备方法包括如下步骤：
S1.50％Nb掺杂BaTiO3薄膜的制备：以Ba0.5Nb0.5TiO3作为靶材，轰击Ba0.5Nb0.5TiO3靶材使形成的等离子体沉积云母衬底表面形成Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜，沉积条件：温度400～800℃，氧气压强5.0×10-5～5.0×10-1Pa，激光能流密度1.0～2.5J cm-2；
S2.电极的制备：以金属作为靶材，轰击金属靶材形成等离子体，在Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的四个角溅射形成一层金属电极，沉积条件：10～150℃，氧气压强5.0×10-5～5.0×10-1Pa，激光能流密度1.0～2.5J cm-2。
2.如权利要求1所述电子皮肤，其特征在于，所述云母衬底的厚度为1～20μm，半导体薄膜层的厚度为30～200nm，金属电极的厚度为50～100nm。
3.如权利要求1所述电子皮肤，其特征在于，所述云母衬底的厚度为4.5μm，半导体薄膜层的厚度为100nm，金属电极的厚度为80nm。
4.如权利要求1所述电子皮肤，其特征在于，所述半导体薄膜层的表面为原子级平整的表面。
5.一种电子皮肤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.50％Nb掺杂BaTiO3薄膜的制备：以Ba0.5Nb0.5TiO3作为靶材，轰击Ba0.5Nb0.5TiO3靶材使形成的等离子体沉积云母衬底表面形成Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜，沉积条件：温度400～800℃，氧气压强5.0×10-5～5.0×10-1Pa，激光能流密度1.0～2.5J cm-2；
S2.电极的制备：以金属作为靶材，轰击金属靶材形成等离子体，在Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的四个角溅射形成一层金属电极，即得权利要求1～4任一项所述的电子皮肤，沉积条件：10～150℃，氧气压强5.0×10-5～5.0×10-1Pa，激光能流密度1.0～2.5J cm-2。
6.如权利要求5所述制备方法，其特征在于，S1中所述沉积条件为：温度650℃，氧气压强3.0×10-4Pa，激光能流密度1.5J cm-2。
7.如权利要求5所述制备方法，其特征在于，S2中所述沉积条件为：温度30℃，氧气压强3.0×10-4Pa，激光能流密度1.5Jcm-2。
8.如权利要求5所述制备方法，其特征在于，S1中所述沉积的脉冲频率1～5Hz，靶材与云母衬底的间距为30～60mm，S2中所述沉积的脉冲频率1～10Hz，靶材与Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的间距为30～60mm。
9.如权利要求5所述制备方法，其特征在于，S1中所述沉积的脉冲频率1Hz，靶材与云母衬底的间距为45mm，S2中所述沉积的脉冲频率8Hz，靶材与Ba0.5Nb0.5TiO3薄膜的间距为45mm。
10.如权利要求1～4任意一项所述电子皮肤在可穿戴、功能性电子器件中的应用。
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