CN209166494U - 一种单电极透明柔性电子皮肤 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单电极透明柔性电子皮肤，包括功能层，所述功能层为柔性纳米纤维膜，所述功能层由静电纺丝法制得，所述功能层的下表面为电极层。所述功能层透明，对可见光的透过率高，所述电极层为单独且唯一的电极层。本实用新型的电子皮肤材料简单，可分辨压力和温度，解决了现有技术功能单一的问题；由于使用了无毒且生物相容性好的超薄铁电柔性聚合物材料，透明度高，所以能很好的与人体皮肤融为一体，便于构筑成可穿戴器件；同时可单独工作，不需要外加电压，解决了现有技术中工作电压高、功耗大的问题；加上整个器件轻小灵巧具有携带方便的优点，将在智能机器人领域获得较好的应用。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器领域，涉及一种单电极透明柔性电子皮肤。
背景技术
随着人工智能的飞速发展，对人机交互界面的要求也越来越高。柔性的电子皮肤在智能机器人和可穿戴人体健康监视器等方面都有很多应用。人体皮肤能够同时检测各种不同的信息，如摩擦、触摸、按压、温度、湿度。但是，由于不同功能的传感器的相互干扰，制造一种多功能的电子皮肤仍然是一个巨大的挑战。近年来，电子皮肤出现爆炸式发展。但它们大多数功能单一或是工艺复杂再或者是有未知的生物毒性，限制了它们的广泛应用。所以，开发一种制备工艺简单并且具有多功能的生物相容性好的电子皮肤显得尤为重要。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种单电极透明柔性电子皮肤，该电子皮肤可以同时测量压力和温度，单一电极，结构简单，不需要外加电压，功耗小且生物相容性好。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种单电极柔性电子皮肤，包括功能层，所述功能层为柔性纳米纤维膜，所述功能层的下表面为电极层。
如上所述的一种单电极柔性电子皮肤，所述柔性纳米纤维膜为通过静电纺丝法制备的热塑性纳米纤维。
如上所述的一种单电极柔性电子皮肤，所述柔性纳米纤维膜的厚度为20-30μm。
如上所述的一种单电极柔性电子皮肤，所述柔性纳米纤维膜为聚偏氟乙烯纳米纤维膜。
如上所述的一种单电极柔性电子皮肤，所述聚偏氟乙烯纳米纤维膜的厚度为25μm。
如上所述的一种单电极柔性电子皮肤，所述电极层为单独且唯一的电极层。
如上所述的一种单电极柔性电子皮肤，所述电极层由氧化铟锡或金构成。
如上所述的一种单电极柔性电子皮肤，所述电极层通过蒸镀方式制得。
如上所述的一种单电极柔性电子皮肤，所述电子皮肤是像素化的、阵列式电子皮肤。
如上所述的一种单电极柔性电子皮肤，所述功能层透明，对可见光的透过率高。
一种所述的单电极柔性电子皮肤的制作方法，包括以下步骤：
(1)在受体或智能机器人表面制作阵列化的电极层；
(2)配制纺丝溶液，在步骤(1)制得的电极层表面进行静电纺丝，制得柔性纳米纤维膜，即制得单电极柔性电子皮肤。
本实用新型的有益效果为：与现有技术相比，本实用新型的电子皮肤材料单一，具有良好的压电性能和热释放性能，可分辨压力和温度，解决了现有技术功能单一的问题；本实用新型是单电极器件，本实用新型的电子皮肤仅在功能层下表面设有单独且唯一的电极层，为单电极电子皮肤；由于使用了无毒且生物相容性好的超薄铁电柔性聚合物材料，透明度高，所以能很好的与人体皮肤融为一体，便于构筑成可穿戴器件；同时铁电聚合物可单独工作，不需要外加电压，解决了现有技术中工作电压高、功耗大的问题；基于聚合物材料自身的特点，本实用新型的电子皮肤还有耐化学腐蚀、耐高温、耐氧化、耐磨且具有抗紫外线等性能；整个器件轻小灵巧，具有携带方便的优点；加之用于本实用新型的电子皮肤的制作方法为静电纺丝法，与现有方法相比，本实用新型的电子皮肤的制作方法方法简单，成本低廉，可大规模工业化生产。本实用新型在智能机器人领域有较好的应用。
附图说明
图1为实施例1所述的单电极柔性电子皮肤电子皮肤的剖视图。
图2为本实用新型单电极柔性电子皮肤的工作原理电路图。
其中：1—功能层，2—电极层。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本实用新型而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本实用新型。
实施例1
如图1所示，一种单电极柔性电子皮肤，包括功能层1，所述功能层1为柔性纳米纤维膜，所述柔性纳米纤维膜为通过静电纺丝法制备的热塑性纳米纤维，所述功能层的下表面为电极层2，所述电极层2为单独且唯一的电极层，所述电极层通过蒸镀方式制得。
所述电极层由金属材料制成。在本实施例中，所述功能层透明，对可见光的透过率高，所述电极层由氧化铟锡制成。所述电极层也可由金、铂、银、铜等其他金属材料构成。
所述电极层为为单一且唯一的电极层，由像素化的阵列电极组成，在感受压力或温度时，每个阵列元都可以单独输出电压信号。该电极层可以通过蒸镀在受体上形成阵列电极，也可以通过工业化手段，在机器人表面制作阵列电极层。
所述柔性纳米纤维膜为为聚偏氟乙烯纳米纤维膜。
所述电子皮肤是像素化的、阵列式电子皮肤。
该单电极柔性电子皮肤的功能层和电极层的整体厚度小于60μm，该超薄电子皮肤具备与人体皮肤相同的柔软度，重量也很轻，可以直接与皮肤黏合；具有可穿戴性，也可以应用到智能机器人表面。
实施例2
一种聚偏氟乙烯单电极柔性电子皮肤的制作方法，包括以下步骤：
(1)制作电极层：选择合适的基底材料模拟人体皮肤或智能机器人表面，本实施例中选用PDMS(聚二甲基硅氧烷)作为人体皮肤或智能机器人表面的替代物，利用设计好的掩模板在基底材料上蒸镀出像素化的氧化铟锡或金阵列电极；
(2)配制纺丝溶液：将聚偏氟乙烯溶解在丙酮和DMF的混合溶液中，加热至溶解均匀；
(3)制备功能层：将步骤(2)配制的纺丝溶液置于静电纺丝装置中，利用静电纺丝法在制作的电极层表面纺制得到一层25μm厚的聚偏氟乙烯纳米纤维膜。
图2为本实用新型的电子皮肤的工作原理电路图，在外界给予该电子皮肤一个压力或者温度时，在电子皮肤的电极层和电容的一个极板间会产生一个电势差，对外输出一个电信号。
以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种单电极透明柔性电子皮肤，其特征在于，包括功能层，所述功能层为柔性纳米纤维膜，所述柔性纳米纤维膜为聚偏氟乙烯纳米纤维膜，所述功能层的下表面为电极层，所述电极层为唯一的电极层。
2.如权利要求1所述的一种单电极透明柔性电子皮肤，其特征在于，所述柔性纳米纤维膜的厚度为20-30μm。
3.如权利要求1所述的一种单电极透明柔性电子皮肤，其特征在于，所述电极层由氧化铟锡或金制成。
4.如权利要求1所述的一种单电极透明柔性电子皮肤，其特征在于，所述电子皮肤是像素化的、阵列式电子皮肤。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113699697A (zh) * | 2021-10-11 | 2021-11-26 | 南京大学 | 一种无感式多功能电纺微金字塔阵列膜及其制备方法 |
| WO2022217952A1 (zh) * | 2021-04-12 | 2022-10-20 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种直接在皮肤上纺丝制备纤维膜干电极的方法 |
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2018
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| WO2022217952A1 (zh) * | 2021-04-12 | 2022-10-20 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种直接在皮肤上纺丝制备纤维膜干电极的方法 |
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| CN113699697B (zh) * | 2021-10-11 | 2022-07-29 | 南京大学 | 一种无感式多功能电纺微金字塔阵列膜及其制备方法 |
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