CN111297321A - 透明柔性传感器及其制备方法、电子皮肤及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明柔性传感器及其制备方法、电子皮肤及可穿戴设备，其中，透明柔性传感器，包括：第一电极兼摩擦层；第二电极层，与第一电极兼摩擦层相对设置；图案化柔性对摩层，位于第二电极层之上，其包含图案的一面与第一电极兼摩擦层接触；以及柔性绝缘层，分别位于第一电极兼摩擦层和第二电极层外侧实现封装；其中，导电离子凝胶膜作为第一电极兼摩擦层和第二电极层。该透明柔性传感器具有良好的柔韧性、便携性、自驱动传感、服役时间长以及探测灵敏度较高的优点，并且适用性强，可以应用在不同的身体部位，实现多种力和形变的测量，实现多种人体活动的传感，应用范围广泛。

Description

透明柔性传感器及其制备方法、电子皮肤及可穿戴设备

技术领域

本公开属于摩擦电传感器材料技术领域，涉及一种透明柔性传感器及其制备方法、电子皮肤及可穿戴设备。

背景技术

柔性、可拉伸、透明应变传感器作为可穿戴电子产品的基本元件，引起了人们的研究热情。大多数应变传感器的柔韧性和延展性归因于其活性材料(导电部件)，其电阻可随尺寸线性变化。这些柔性传感器的透明性和可拉伸性会因为导电填料的颜色和性能而打折扣。即使直接使用高浓度的离子掺杂的透明弹性导电水凝胶，随着时间的推移，水凝胶的脱水会导致脆性和不透明，失去透明度和可拉伸性。此外，这些传感器依然需要额外的电源供电，给使用造成了不便。

透明可拉伸类皮肤(skin-like)传感器可贴在人体或衣物表面，探测的物理变化可以是脉搏、呼气，或者是触摸、肢体运动等。透明可拉伸类皮肤传感器已经有人研究，然而绝大多数传感器需要额外供电，而且电极材料会随时间推移而脱水导致性能变差。

因此，有必要提出一种透明、可拉伸、服役时间长的柔性传感器，能够实现良好的压力传感并具有可靠的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种透明柔性传感器、电子皮肤及可穿戴设备，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种透明柔性传感器，包括：第一电极兼摩擦层；第二电极层，与第一电极兼摩擦层相对设置；图案化柔性对摩层，位于第二电极层之上，其包含图案的一面与第一电极兼摩擦层接触；以及柔性绝缘层，分别位于第一电极兼摩擦层和第二电极层外侧实现封装；其中，导电离子凝胶膜作为第一电极兼摩擦层和第二电极层。

在本公开的一些实施例中，导电离子凝胶膜由双网络聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸和1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺离子凝胶形成；和/或，导电离子凝胶膜的厚度介于20μm～800μm之间。

在本公开的一些实施例中，图案化柔性对摩层的材料包括如下材料的一种或几种：聚二甲基硅氧烷和硅胶；和/或，图案化柔性对摩层的厚度介于10μm～600μm之间；和/或，柔性绝缘层的材料包括如下材料的一种或几种：硅胶和聚二甲基硅氧烷。

在本公开的一些实施例中，图案化柔性对摩层的表面图案形貌来源为表面具有凹凸结构或纹理结构的图案模板，该图案模板包括如下模板中的一种或几种：光盘、植物叶片、唱片、砂纸、以及光刻模板。

在本公开的一些实施例中，各个凹凸结构的高度范围介于20μm-50μm之间，和/或，各个纹理结构之间的距离介于50μm-200μm之间。

在本公开的一些实施例中，透明柔性传感器在外界动态压力、拉伸、扭转、弯曲的作用下发生形变，所述形变的过程中，图案化柔性对摩层与第一电极兼摩擦层一直保持接触状态，且形变的程度随着外界动态压力、拉伸、扭转、弯曲的作用力的大小而进行变化，对应输出相应变化的电信号，从而实现自驱动的压力传感、拉伸应变传感、扭转应变传感和弯曲应变传感。

根据本公开的另一个方面，提供了一种透明柔性传感器的制备方法，包括：制备图案化柔性对摩层；将导电离子凝胶膜、图案化柔性对摩层、导电离子凝胶膜按顺序堆叠，并采用柔性绝缘层实现器件的封装。

在本公开的一些实施例中，制备图案化柔性对摩层的步骤包括：将柔性对摩层材料倾倒或者涂覆于一图案模板之上烘干并与图案模板分离得到图案化柔性对摩层；其中，该图案模板的表面具有凹凸结构或纹理结构。

根据本公开的又一个方面，提供了一种电子皮肤，该电子皮肤包含本公开提到的任一种透明柔性传感器。

根据本公开的再一个方面，提供了一种可穿戴柔性传感器，该柔性传感器包含本公开提到的任一种透明柔性传感器、或者本公开提到的电子皮肤、或其组合。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的透明柔性传感器、电子皮肤及可穿戴设备，具有以下有益效果：

(1)该透明柔性传感器采用导电离子凝胶膜作为第一电极兼摩擦层和第二电极层，图案化柔性对摩层位于第二电极层之上，图案化柔性对摩层中包含图案的一面与第一电极兼摩擦层接触堆叠，在两个电极层上封装有柔性绝缘层，形成一接触分离式的摩擦纳米发电机，在该透明柔性传感器与外界物体接触(接触-非接触的过程也可以视为受到动态压力的作用)或者受到动态压力、拉伸、扭转、弯曲等作用产生形变时，基于接触分离式摩擦发电机的工作原理，实现接触、压力、拉伸应变、扭转应变和弯曲应变等的自驱动传感，具有良好的柔韧性、便携性、以及探测灵敏度较高的优点；

(2)采用导电离子凝胶作为电极，具有透明可拉伸、导电性强、寿命服役时间长的优点，是类皮肤传感器的良好选择，可作为电子皮肤及可穿戴设备附着在人体表面和衣物表面承受形变而发挥传感作用并收集能源实现自供能传感；

(3)该柔性传感器的适用性强，可以应用在不同的身体部位，实现多种力和形变的测量，实现多种人体活动的传感，应用范围广泛。

附图说明

图1为根据本公开一实施例所示的透明柔性传感器的结构示意图。

图2为根据本公开一实施例所示的透明柔性传感器工作原理示意图。

图3为根据本公开一实施例所示的图案化聚合物表面形貌SEM照片。

图4为根据本公开一实施例所示的透明柔性传感器的制备方法流程图。

图5为根据本公开一实施例所示的透明柔性传感器及其各组件的透明度曲线。

图6为根据本公开一实施例所示的原长状态的透明柔性传感器在加载频率为1Hz的不同动态力作用下的摩擦电信号输出结果。

图7为根据本公开一实施例所示的不同拉伸形变下的透明柔性传感器在加载频率为1Hz的不同动态力作用下的摩擦电信号输出结果。

图8A-图8F为根据本公开一些实例所示的透明柔性传感器在多种应用场景的信号输出结果示意图。

图8A为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器探测自身拉伸形变的信号输出结果示意图。

图8B为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器探测自身扭转形变的信号输出结果示意图。

图8C为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器探测手指按压的信号输出结果示意图。

图8D为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器测量手指弯曲的信号输出结果示意图。

图8E为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器探测人朝其吹气产生的信号输出结果示意图。

图8F为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器放置于手腕处探测脉搏跳动的信号输出结果示意图。

【符号说明】

11-第一电极兼摩擦层； 12-第二电极层；

13-图案化柔性对摩层； 14-柔性绝缘层；

15-导线。

具体实施方式

目前的摩擦纳米发电机都基于常见的4种基本模式：接触分离式，滑动式，独立层式以及单电极式。目前基于摩擦纳米发电机的类皮肤传感器也是单电极形式，信号输出多取决于对摩材料的不同。而基于接触分离式的类皮肤自供电传感器还未有人提出。接触分离式的摩擦发电机相较于单电极式摩擦纳米发电机来说，不会受到不确定对摩擦材料产生不确定电势的影响，更有利于作为传感应用。同时薄膜状类皮肤的接触分离式摩擦发电机具有便携的特点，非常适合作为可穿戴的能源收集或者传感设备。

本公开提供了一种透明柔性传感器及其制备方法、电子皮肤及可穿戴设备，该柔性传感器基于导电离子凝胶膜作为第一电极兼摩擦层和第二电极层，图案化聚合物作为柔性对摩层，外部由柔性绝缘层实现封装，构成接触分离式摩擦纳米发电机，在该透明柔性传感器与外界物体接触或者受到动态压力、拉伸、扭转、弯曲等作用产生形变时，基于接触分离式摩擦发电机的工作原理，实现接触、压力、拉伸应变、扭转应变和弯曲应变等的自驱动传感，具有良好的柔韧性、便携性、自驱动压力传感、以及压力探测灵敏度较高的特点，该柔性传感器可作为电子皮肤及可穿戴设备附着在人体表面和衣物表面承受形变而发挥传感作用并进行能源收集实现自供能，可以应用在不同的身体部位，实现多个物理量的测量，实现多种人体活动的传感，应用范围广泛。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”是指示图中的方向；“内”指朝向相应结构内部，“外”指朝向相应结构外部。本公开中，“透明”的含义为在600nm-800nm内，实现透光率为80％以上，在400nm-800nm内，透光率为60％以上。本公开中的压力传感包含气体压力以及其他形式的压力，在权利要求书中，动态压力的概念包含接触-非接触的动态过程，即接触-非接触的过程也可以视为受到动态压力的作用，下文实施例中提到的呼气、脉搏、触摸、以及其他的肢体运动传感等都属于动态压力传感。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种透明柔性传感器。

图1为根据本公开一实施例所示的透明柔性传感器的结构示意图。

参照图1所示，本公开的透明柔性传感器，包括：第一电极兼摩擦层11；第二电极层12，与第一电极兼摩擦层相对设置；图案化柔性对摩层13，位于第二电极层12之上，其包含图案的一面与第一电极兼摩擦层11接触堆叠；以及柔性绝缘层14，分别位于第一电极兼摩擦层11和第二电极层12外侧实现封装；其中，导电离子凝胶膜作为第一电极兼摩擦层11和第二电极层12。

下面对本实施例的透明可拉伸类皮肤传感器的各个部分进行详细介绍。

本实施例中，导电离子凝胶膜作为第一电极兼摩擦层11和第二电极层12，该导电离子凝胶膜通过合成制备得到，基于导电离子凝胶膜的电学性质和可发生形变的特性，将其作为透明可拉伸电极兼摩擦层。

优选的，导电离子凝胶膜的膜厚介于20μm～800μm之间。

在一实施例中，离子凝胶为双网络PAMPs和[EMIm][DCA]的离子凝胶。其中，PAMPs为聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸，[EMIm][DCA]为1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺。

本实施例中，图案化柔性对摩层13的材料包括但不限于如下材料中的一种：PDMS和硅胶。

优选的，图案化柔性对摩层13的厚度介于10μm～600μm之间。

本实施例中，图案化柔性对摩层13的表面图案形貌来源包括但不限于如下图案模板中的一种：光盘、植物叶片、唱片、砂纸和光刻模板等，只要是表面具有凹凸或纹理结构的图案模板均在本公开的保护范围之内。

优选的，表面具有凹凸或纹理结构的图案模板中，各个凹凸结构的高度范围介于20μm-50μm之间，和/或，各个纹理结构之间的距离介于50μm-200μm之间。

图3为根据本公开一实施例所示的图案化聚合物表面形貌SEM照片。

在一实施例中，图案化柔性对摩层13为聚合物材料通过图案化制作而形成，可选的，为液态PDMS或液态硅胶经过倾倒或涂覆于图案模板之上烘干并与图案模板分离得到，如图3所示，图中条纹凸起为高25μm，宽50μm的等腰三角形，条纹之间的间距在20μm～150μm之间。图3中的图案化柔性对磨层为PDMS柔性薄膜，由液态PDMS浇筑在模板上烘干揭下得到。

本实施例中，作为第一电极兼摩擦层11的导电离子凝胶膜和图案化柔性对摩层13中包含图案的一面接触堆叠。

柔性绝缘层14作为封装层，需要同时满足可拉伸和绝缘两个特性要求，其材料包括但不限于如下材料中的一种：柔性硅胶或者聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

参照图1所示，被封装起来的导电离子凝胶膜作为上、下两个电极层11，12，且上电极11兼作上摩擦，图案化柔性对摩层13作为下摩擦层，在上、下两个电极层上分别引出一导线15，用于电学输出，这样就形成了一个简单的接触-分离式摩擦纳米发电机。

图2为根据本公开一实施例所示的透明柔性传感器工作原理示意图。

下面结合图2来介绍本实施例所示的透明柔性传感器各个部分的作用以及该透明柔性传感器的工作原理。

依序参照图2中(a)-(b)-(c)-(d)-(e)-(b)所示，该透明柔性传感器未与外界物体接触或者受到拉伸、弯曲等形变时，对应状态如2中(a)所示，当该透明柔性传感器受到外界力的作用时，本实施例中以手指按压作为示例，此时的状态对应导电离子凝胶膜层和图案化柔性对摩层发生的形变最大，由于该透明柔性传感器为一个接触-分离式摩擦纳米发电机，当物体接触该接触分离式摩擦纳米发电机时，由于导电离子凝胶膜层和图案化柔性对摩层电负性的差异发生接触起电，产生相反的感应电荷，如图2中(b)所示，在接触-分离过程中，对应图案化柔性对摩层和导电离子凝胶膜层发生形变恢复(减小)的过程，两层上富余的电荷通过电极导出，这样就有电流产生，如图2中(c)所示，之后，恢复至未发生形变的状态如图2中(d)所示，然后继续在力的作用下发生形变，并在接触-分离的过程中发生形变增大的过程，对应产生电势差，通过导线和外界负载形成电流，如图2中(e)所示，直至形变达到如图2中(a)所示的形变最大的状态。上述形变过程中对应的电势差可直接通过仪器测量，这样就不需要外接电源提供电势或电流，可实现自供能压力传感。由于压力大小的变化，引起两层之间接触面积的微观变化，所产生的电势差也相应变化，从而实现力的大小的表征。

在应用领域，现有的商用压力传感器大多基于半导体材料的压阻效应，当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，导致能谷的能量移动，进而使其电阻率发生变化的现象，但仍旧需要提供外部电源探测传感器电流变化实现对环境压力的传感。而基于摩擦纳米发电机的压力传感器则无需外部电源，通过电负性不同的两种材料之间接触起电原理，便能通过对感应电势或者感应电流的探测实现对压力的感知。

在该透明柔性传感器与外界物体接触或者受到拉伸、扭转等形变时，基于导电离子凝胶膜层和图案化柔性对摩层的接触摩擦可以实现自供电的压力和应变传感。

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种透明柔性传感器的制备方法。

图4为根据本公开一实施例所示的透明柔性传感器的制备方法流程图。

参照图4所示，本公开的透明柔性传感器的制备方法，包括：

步骤S21：制备图案化柔性对摩层；

该步骤S21包括：将柔性对摩层材料倾倒或者涂覆于图案模板之上烘干并与图案模板分离得到图案化柔性对摩层。

图案化柔性对摩层13的表面图案形貌来源包括但不限于如下图案模板中的一种：光盘、植物叶片、唱片、砂纸和光刻模板等，只要是表面具有凹凸或纹理结构的图案模板均在本公开的保护范围之内。

优选的，表面具有凹凸或纹理结构的图案模板中，各个凹凸结构的高度范围介于20μm-50μm之间，各个纹理之间的距离介于50μm-200μm之间。

本实施例中，将液态聚合物倾倒在含有表面纹理结构的片材上，开启匀胶机，旋涂速度为500转/分钟到2000转/分钟，旋涂时间15秒到90秒。在60℃～80℃烘干1小时至3小时揭下。

步骤S22：将导电离子凝胶膜、图案化柔性对摩层、导电离子凝胶膜按顺序堆叠，并采用柔性绝缘层实现器件的封装；

本实施例中，该步骤S22包括：将导电离子凝胶膜、图案化柔性对摩层、导电离子凝胶膜按顺序堆叠，将柔性绝缘层材料液态柔性硅胶或者PDMS倾倒在边缘进行封装，并在60℃～80℃烘干1小时至3小时，完成器件的制备。

图5为根据本公开一实施例所示的透明柔性传感器及其各组件的透明度曲线。

如图5所示，透明柔性传感器(对应图5中方框的图例)、柔性绝缘层(PDMS，对应图5中菱形的图例)、导电离子凝胶膜(对应图5中正三角形的图例)以及图案化摩擦电层薄膜(对应图5中倒三角形的图例)的透明度在可见光范围内均在60％以上，在600nm-800nm内，器件整体的透光率在80％以上，各个部件的透光率均优于85％。

图6为根据本公开一实施例所示的原长状态的透明柔性传感器在加载频率为1Hz的不同动态力作用下的摩擦电信号输出结果。如图6所示，随着力从：0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1逐渐增大，开路电压也随之逐渐增大，说明随着压力的增大，摩擦电势呈逐渐增大的趋势。

图7为根据本公开一实施例所示的不同拉伸形变下的透明柔性传感器在加载频率为1Hz的不同动态力作用下的摩擦电信号输出结果。如图7所示，透明柔性传感器在没有拉伸应变、10％的拉伸应变、50％的拉伸应变和80％的拉伸应变的状态下，开路电压与加载的力呈现较好的线性关系。

图8A-图8F为根据本公开一些实例所示的透明柔性传感器在多种应用场景的信号输出结果示意图。

下面结合图8A-图8F来示例性介绍本公开的透明柔性传感器的应用场景。

图8A为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器探测自身拉伸形变的信号输出结果示意图。图8B为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器探测自身扭转形变的信号输出结果示意图。

在第一个实例中，将液态聚合物倾倒在含有表面纹理结构的光盘上，开启匀胶机，旋涂速度500转/分钟，旋涂时间25秒。在60℃～80℃烘干1小时揭下。将导电离子凝胶膜，图案化摩擦电层，导电离子凝胶膜按顺序堆叠，液态聚合物倾倒在边缘封装，在60℃～80℃烘干1.5小时。

将该实例制得的透明柔性传感器用镊子夹住拉伸，该传感器可以很好的检测自身拉伸形变，参见图8A所示；如果对传感器扭转，该传感器可以很好的检测自身扭转形变，参见图8B所示。由上可知，本实例的透明柔性传感器可对自身形变实现灵敏测量。

图8C为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器探测手指按压的信号输出结果示意图。

在第二个实例中，将液态PDMS倾倒在含有表面纹理结构的平整树叶表面上，开启匀胶机，旋涂速度1500转/分钟，旋涂时间45秒。在60℃～80℃烘干1小时揭下。将导电离子凝胶膜，图案化摩擦电层，导电离子凝胶膜按顺序堆叠，液态硅胶倾倒在边缘封装，在60℃下烘干2小时。

用手指轻触该实例制得的透明柔性传感器，可得到2V-3V的电压信号，参见图8C所示，可用于触摸传感。

图8D为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器测量手指弯曲的信号输出结果示意图。

在第三个实例中，将液态硅胶倾倒在含有表面纹理结构的唱片上，开启匀胶机，旋涂速度2500转/分钟，旋涂时间35秒。在60℃～80℃烘干0.5小时揭下。将导电离子凝胶膜，图案化摩擦电层，导电离子凝胶膜按顺序堆叠，液态硅胶倾倒在边缘封装，在60℃下烘干2小时。

将该实例制得的透明柔性传感器固定在手指关节外侧，可以实现手指弯曲的传感，参见图8D所示，传感器输出0.2到0.4V的电压。

图8E为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器探测人朝其吹气产生的信号输出结果示意图。

在第四个实例中，将液态PDMS倾倒在含有表面纹理结构的光刻硅片上，开启匀胶机，旋涂速度3000转/分钟，旋涂时间25秒。在60℃～80℃烘干2小时揭下。将导电离子凝胶膜，图案化摩擦电层，导电离子凝胶膜按顺序堆叠，液态硅胶倾倒在边缘封装，在60℃下烘干1.5小时。

向该实例制得的透明柔性传感器吹气，传感器由于气压的变化产生0.18V以内的电压变化，参见图8E所示，能对人的呼气产生感应。

图8F为根据本公开一实例所示的透明柔性传感器放置于手腕处探测脉搏跳动的信号输出结果示意图。

在第五个实例中，将液态硅胶倾倒在含有表面纹理结构的砂纸上，开启匀胶机，旋涂速度1000转/分钟，旋涂时间50秒。60℃～80℃烘干1.5小时揭下。将导电离子凝胶膜，图案化摩擦电层，导电离子凝胶膜按顺序堆叠，液态硅胶倾倒在边缘封装。60℃烘干2小时。

将该实例制得的透明柔性传感器贴在人手腕处，传感器由于脉搏跳动产生的形变，引发自身摩擦电输出，参见图8F所示，产生±8pA的电流变化，可以对人每分钟脉搏跳动进行统计，图中显示脉搏的测试结果为78次/分钟。

当然，透明柔性传感器不局限于上述实施例或实例，还可以根据实际需要进行材料、结构的适应性变化或拓展。

在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种电子皮肤，该电子皮肤包括本公开提到的任一种透明柔性传感器。该电子皮肤可实现自供能传感，以及实现人机交互等，在人工智能领域和清洁能源传感领域具有深远意义。

本实施例中，电子皮肤可以包含多个集成的透明柔性传感器。

在本公开的第四个示例性实施例中，提供了一种可穿戴设备，该可穿戴设备包含本公开提到的任一种透明柔性传感器、电子皮肤、或其组合。

可穿戴设备可以是多个透明柔性传感器的集成、或者电子皮肤的组合、或者一个或多个透明传感器与电子皮肤的集成。

透明柔性传感器的功能主要是实现对人体活动的探测，从而使得该可穿戴设备可以检测人的健康状态，或者实现人机交互。人的手指是人体最为灵活精巧的部分，它实现人体与外部环境的绝大部分互动。通过手指运动，人能实现对物体的操控，以及信息表达。如果能够将手指活动所表达的信息传递到机器设备中，进行进一步的应用，那么传感器则担任了这个信息传递的媒介——人机交互的接口。

本实施例中，由于透明柔性传感器具有透明、可拉伸、以及自驱动的特点，可穿戴设备也因此具备便携、适用于动态表面、以及自驱动的特点。其中，透明柔性传感器可以设置在人体的不同位置，并且可以设置多个传感器实现传感集成，可以实现对拉伸、扭转、弯曲和压力的传感，该自驱动体现在压力传感时，不需要外接电源，可以实现自驱动测量。

综上所述，本公开提供了一种透明柔性传感器及其制备方法、电子皮肤及可穿戴设备，该透明柔性传感器采用导电离子凝胶膜作为第一电极兼摩擦层和第二电极层，图案化柔性对摩层位于第二电极层之上，图案化柔性对摩层中包含图案的一面与第一电极兼摩擦层接触堆叠，在两个电极层上封装有柔性绝缘层，形成一接触分离式的摩擦纳米发电机，在该透明柔性传感器与外界物体接触或者受到拉伸、弯曲等形变时，基于接触分离式摩擦发电机的工作原理，实现对压力、拉伸和扭转应变等进行自驱动传感，具有良好的柔韧性、便携性、以及压力探测灵敏度较高的优点；采用导电离子凝胶作为电极，具有透明可拉伸、导电性强、寿命服役时间长的优点，是类皮肤传感器的良好选择，可作为电子皮肤及可穿戴设备附着在人体表面和衣物表面承受形变而发挥传感作用并收集能源实现自供能；该柔性传感器的适用性强，可以应用在不同的身体部位，实现多种力和形变的测量，实现多种人体活动的传感，应用范围广泛。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透明柔性传感器，其特征在于，包括：

第一电极兼摩擦层；

第二电极层，与第一电极兼摩擦层相对设置；

图案化柔性对摩层，位于第二电极层之上，其包含图案的一面与第一电极兼摩擦层接触；以及

柔性绝缘层，分别位于第一电极兼摩擦层和第二电极层外侧实现封装；

其中，导电离子凝胶膜作为第一电极兼摩擦层和第二电极层。

2.根据权利要求1所述的透明柔性传感器，其中，

所述导电离子凝胶膜由双网络聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸和1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺离子凝胶形成；和/或，

所述导电离子凝胶膜的厚度介于20μm～800μm之间。

3.根据权利要求1或2所述的透明柔性传感器，其中，

所述图案化柔性对摩层的材料包括如下材料的一种或几种：聚二甲基硅氧烷和硅胶；和/或，

所述图案化柔性对摩层的厚度介于10μm～600μm之间；和/或，

所述柔性绝缘层的材料包括如下材料的一种或几种：硅胶和聚二甲基硅氧烷。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的透明柔性传感器，其中，

所述图案化柔性对摩层的表面图案形貌来源为表面具有凹凸结构或纹理结构的图案模板，该图案模板包括如下模板中的一种或几种：

光盘、植物叶片、唱片、砂纸、以及光刻模板。

5.根据权利要求4所述的透明柔性传感器，其中，

所述各个凹凸结构的高度范围介于20μm-50μm之间，和/或，

所述各个纹理结构之间的距离介于50μm-200μm之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的透明柔性传感器，其中，所述透明柔性传感器在外界动态压力、拉伸、扭转、弯曲的作用下发生形变，所述形变的过程中，图案化柔性对摩层与第一电极兼摩擦层一直保持接触状态，且形变的程度随着外界动态压力、拉伸、扭转、弯曲的作用力的大小而进行变化，对应输出相应变化的电信号，从而实现自驱动的压力传感、拉伸应变传感、扭转应变传感和弯曲应变传感。

7.一种透明柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括：

制备图案化柔性对摩层；以及

将导电离子凝胶膜、图案化柔性对摩层、导电离子凝胶膜按顺序堆叠，并采用柔性绝缘层实现器件的封装。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述制备图案化柔性对摩层的步骤包括：

将柔性对摩层材料倾倒或者涂覆于一图案模板之上烘干并与图案模板分离得到图案化柔性对摩层；其中，该图案模板的表面具有凹凸结构或纹理结构。

9.一种电子皮肤，其特征在于，包含权利要求1至6中任一项所述的透明柔性传感器。

10.一种可穿戴柔性传感器，其特征在于，包含权利要求1至6中任一项所述的透明柔性传感器、或者权利要求9所述的电子皮肤、或其组合。

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