CN107941246A - 一种非接触式自驱动电子皮肤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非接触式自驱动电子皮肤，涉及传感器和电子皮肤技术领域，包括有摩擦层薄膜，摩擦层薄膜表面均匀设有若干微结构摩擦单元；隔离保护层，隔离保护层的下表面连接有柔性衬底，柔性衬底与隔离保护层之间夹装有电极；隔离保护层上设有能够使所述摩擦层薄膜在受到外界压力时与所述柔性衬底层相互接触的接触区。本发明可实现多种运动方式的交互传感，接触分离过程使摩擦层薄膜带电，之后摩擦层薄膜可不与隔离保护层、电极、柔性衬底组成的三层结构接触而在其上空滑动，滑动的位移终点坐标可以通过分析电极接收到的电信号得到；采用自驱动的传感方式，制备工艺简单方便，可根据实际需要快捷的调整工艺参数，生产成本低，适于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种非接触式自驱动电子皮肤及其制备方法。
背景技术
近年来，电子皮肤领域因为其可穿戴电子设备的特性以及与皮肤一样可集成多种传感功能的潜力吸引了越来越多的关注，而电子皮肤的运动传感性能对人工智能来说是最重要的功能之一。多数电子皮肤依赖接触传感实现运动传感，并采取了集成诸如压阻、电容、主动式器件等传感单元的方式来实现接触传感器。然而，上述接触式运动传感功耗大，因此需要对电池及时充电，为了提升分辨率，则需要设置足够的电极数量，从而严重影响了以电子皮肤为主要功能的便携式电子***的可行性。尽管如此，自驱动***和模拟式传感原理点出了可能的解决方案。前者采集周围环境中的能量为器件供能，因此可以摆脱电池的束缚，后者则可以少量的电极实现无穷大的理论分辨率。
接触式传感的电子皮肤由于长时间的接触导致磨损，使电子皮肤的性能降低，同时，接触式传感限制了运动的可能性与多样性，即只有有限的一些运动种类，如触碰和滑动可以被检测到。如果人的运动获得更多的自由度，那么人机交互将变得更加有效而有吸引力。因此，具有非接触式运动传感的电子皮肤在诸如与智能手机屏幕集成等潜在应用中是是十分有前景的，因为它将人的手指从触碰中解放了出来，并使之可以在界面上方漫游，可实现多种运动方式的交互传感。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现多种运动方式交互传感的非接触式自驱动电子皮肤，以解决上述背景技术中存在的接触式电子皮肤功耗大，电极数量要求高的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种非接触式自驱动电子皮肤，包括：
摩擦层薄膜，所述摩擦层薄膜表面均匀设有若干微结构摩擦单元；
隔离保护层，所述隔离保护层的下表面连接有柔性衬底，所述柔性衬底与所述隔离保护层之间夹装有电极；所述隔离保护层上设有能够使所述摩擦层薄膜在受到外界压力时与所述柔性衬底层相互接触的接触区。设置的接触区是让摩擦层薄膜带电荷之后可以不再接触柔性衬底、电极、隔离保护层组成的三层结构，使摩擦层薄膜在其上空5cm范围内滑动。该滑动的位移可以被所述电极接收，通过对电信号的分析可以确定上述滑动运动终点的坐标。
进一步的，所述接触区为圆形通孔，所述微结构摩擦单元为四棱锥型结构。
进一步的，所述电极为圆环形结构。
进一步的，所述摩擦层薄膜和所述隔离保护层均由聚二甲基硅氧烷PDMS 制成。
进一步的，所述电极由氧化铟锡ITO制成，所述柔性衬底由聚对苯二甲酸乙二醇酯PET制成。
一种如上所述的非接触式自驱动电子皮肤的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：在硅片上制成热氧化的二氧化硅，覆盖具有正方形阵列的光刻板进行曝光后，放入显影液显影，去离子水清洗，通过六氟化硫刻蚀以暴露硅片，丙酮清洗，再使用氢氧化钾溶液进行湿法腐蚀，直至完全反应，得摩擦层薄膜模具；
步骤S120：在所述摩擦层薄膜模具表面旋涂PDMS液体，将涂有PDMS的摩擦层薄膜模具进行加热固化后，使所述PDMS液体形成一层PDMS薄膜，分离PDMS薄膜得摩擦层薄膜；
步骤S130：在PET衬底上使用磁控溅射设备溅射一层方阻为35Ω/sq的ITO 薄膜，通过激光刻蚀方法将所述ITO薄膜制成圆环形结构得电极，所述PET衬底作为柔性衬底；
步骤S140：将PDMS液体旋涂在方形玻璃衬底上，将旋涂有PDMS的玻璃衬底加热固化，使PDMS液体在所述玻璃衬底上形成PDMS薄膜，在PDMS薄膜中心制作一圆形通孔，最后将带有通孔的PDMS薄膜与所述玻璃衬底分离得隔离保护层；
步骤S150：将所述隔离保护层贴合在所述柔性衬底上，使电极位于所述隔离保护层和所述柔性衬底的中间，所述通孔位于电极的中间，得非接触式自驱动电子皮肤。
进一步的，所述在摩擦层薄膜模具表面旋涂PDMS液体的旋涂厚度为500 μm。
进一步的，所述将涂有PDMS的摩擦层薄膜模具进行加热固化的温度为 80℃，固化时间为2h。
进一步的，所述将PDMS液体旋涂在方形玻璃衬底上的旋涂厚度为500μ m。
进一步的，所述将旋涂有PDMS的玻璃衬底加热固化的温度为80℃，固化时间为2h。
本发明有益效果：可实现多种运动方式的交互传感，接触分离过程使摩擦层薄膜带电，之后摩擦层薄膜可不与隔离保护层、电极、柔性衬底组成的三层结构接触而在其上空滑动，滑动的位移终点坐标可以通过分析电极接收到的电信号得到；采用自驱动的传感方式，制备工艺简单方便，可根据实际需要快捷的调整工艺参数，生产成本低，适于批量生产。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的非接触式自驱动电子皮肤结构分解图。
图2为本发明实施例所述的摩擦层薄膜模具结构图。
图3为本发明实施例所述的摩擦层薄膜结构图。
图4为本发明实施例所述的带有电极的柔性衬底俯视结构图。
图5为本发明实施例所述的非接触自驱动电子皮肤使用状态示意图。
其中：1-摩擦层薄膜；2-微结构摩擦单元；3-隔离保护层；4-柔性衬底； 5-电极；6-通孔
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。
需要说明的是，在本发明所述的实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，或两个元件的相互作用关系，除非具有明确的限定。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明实施例所述的非接触式自驱动电子皮肤结构分解图，图2为本发明实施例所述的摩擦层薄膜模具结构图，图3为本发明实施例所述的摩擦层薄膜结构图，图4为本发明实施例所述的带有电极的柔性衬底俯视结构图，图5为本发明实施例所述的非接触自驱动电子皮肤使用状态示意图。
本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。
如图1所示，本发明实施例所述的一种非接触式自驱动电子皮肤，包括摩擦层薄膜1，所述摩擦层薄膜1表面均匀设有若干微结构摩擦单元2；隔离保护层3，所述隔离保护层3的下表面连接有柔性衬底4，所述柔性衬底4与所述隔离保护层3之间夹装有电极5；所述隔离保护层3上设有能够使所述摩擦层薄膜 1在受到外界压力时与所述柔性衬底层4相互接触的接触区。
在本发明的一个具体实施例中，所述接触区为圆形通孔6，所述微结构摩擦单元2为四棱锥型结构。
在本发明的一个具体实施例中，所述电极5为圆环形结构。
在本发明的一个具体实施例中，所述摩擦层薄膜1和所述隔离保护层3均由聚二甲基硅氧烷PDMS制成。
在本发明的一个具体实施例中，所述电极5由氧化铟锡ITO制成，所述柔性衬底4由聚对苯二甲酸乙二醇酯PET制成。
一种所上所述的非接触式自驱动电子皮肤的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：在硅片上制成热氧化的二氧化硅，覆盖具有正方形阵列的光刻板进行曝光后，放入显影液显影，去离子水清洗，通过六氟化硫刻蚀以暴露硅片，丙酮清洗，再使用氢氧化钾溶液进行湿法腐蚀，直至完全反应，得摩擦层薄膜模具；
步骤S120：在所述摩擦层薄膜模具表面旋涂PDMS液体，将涂有PDMS的摩擦层薄膜模具进行加热固化后，使所述PDMS液体形成一层PDMS薄膜，分离PDMS薄膜得摩擦层薄膜1；
步骤S130：在PET衬底上使用磁控溅射设备溅射一层方阻为35Ω/sq的ITO 薄膜，通过激光刻蚀方法将所述ITO薄膜制成圆环形结构得电极5，所述PET 衬底作为柔性衬底4；
步骤S140：将PDMS液体旋涂在方形玻璃衬底上，将旋涂有PDMS的玻璃衬底加热固化，使PDMS液体在所述玻璃衬底上形成PDMS薄膜，在PDMS薄膜中心制作一圆形通孔6，最后将带有通孔6的PDMS薄膜与所述玻璃衬底分离得隔离保护层3；
步骤S150：将所述隔离保护层3贴合在所述柔性衬底4上，使电极5位于所述隔离保护层3和所述柔性衬底4的中间，所述通孔6位于电极5的中间，得非接触式自驱动电子皮肤。
在所述非接触式自驱动电子皮肤的制备中，所述在摩擦层薄膜模具表面旋涂PDMS液体的旋涂厚度为500μm，所述将涂有PDMS的摩擦层薄膜模具进行加热固化的温度为80℃，固化时间为2h，所述将PDMS液体旋涂在方形玻璃衬底上的旋涂厚度为500μm，所述将旋涂有PDMS的玻璃衬底加热固化的温度为80℃，固化时间为2h。
在(100)硅片上生长热氧化的二氧化硅(SiO2)，并覆盖有正方形阵列的光刻板进行曝光。之后将硅片放入显影液显影，再用去离子水清洗。之后对硅片进行六氟化硫(SF6)刻蚀以暴露硅片。剩余的光刻胶被丙酮清洗去除。再使用氢氧化钾(KOH)溶液对硅片进行湿法腐蚀，直至反应完全。以上描述了具有四棱锥型微结构的硅片模具的制备过程。制得的模具的结构如图2所示。
在硅片模具表面旋涂PDMS液体，厚度为500μm。将模具置于80℃热板上加热2h以固化。将PDMS薄膜从硅片表面分离，完成具有微结构的摩擦层薄膜的制备。制得的摩擦层薄膜的结构如图3所示。
在PET衬底上使用磁控溅射设备溅射一层方阻为35Ω/sq的ITO薄膜。之后输入图示的图形化方案，使用激光刻蚀的方式完成图形化的过程，制得带有圆环形电极的柔性衬底如图4所示。
将PDMS旋涂在方形玻璃衬底上，厚度为500μm。将其置于80℃热板上加热2h以固化。使用圆形模具和手术刀在PDMS薄膜中心制作一镂空的圆形部分，再分离PDMS薄膜与玻璃衬底。最后将制备的PDMS保护层与PET衬底- ITO电极贴合(令ITO处于中间位置)，即可完成透明柔性电子皮肤的制备过程。
如图5所示，本发明所述的非接触式自驱动电子皮肤在具体使用时，摩擦层薄膜1在压力F的作用下，通过隔离保护层3上的圆形通孔6与柔性衬底4摩擦产生电荷，完成起电过程后，摩擦层薄膜1可不再与隔离保护层-电极-肉形衬底三层结构相接触，而是在其上空滑动；而隔离保护层3的圆形通孔6以外的区域覆盖住了电极5，通过电极5完成对滑动的传感，最终通过分析电信号确定滑动终点的坐标。
综上所述，本发明通过在摩擦层薄膜1上设置四棱锥型微结构从而增大了接触摩擦面积，提高了传感效率，圆环形电极5在隔离保护层3的下表面，隔离保护层3上设有圆形通孔6，作为摩擦层薄膜1与柔性衬底4相接触的接触区，圆形通孔6位于圆环形电极5的中心位置，使摩擦层薄膜1不会与电极5接触，保证了较高分辨率，提高了电子皮肤的使用寿命。另外，通过本发明的非接触式自驱动电子皮肤的制备方法制作的柔性透明衬底-电极-隔离保护层结构具有面积、厚度、透明性、电极图形等多尺度可控的特性，通过湿法腐蚀、倒模以及磁控溅射、激光刻蚀的制作工艺简单方便、成本低，适合大规模生产。
以上所描述的装置及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种非接触式自驱动电子皮肤，其特征在于，包括：
摩擦层薄膜(1)，所述摩擦层薄膜(1)表面均匀设有若干微结构摩擦单元(2)；
隔离保护层(3)，所述隔离保护层(3)的下表面连接有柔性衬底(4)，所述柔性衬底(4)与所述隔离保护层(3)之间夹装有电极(5)；所述隔离保护层(3)上设有能够使所述摩擦层薄膜(1)在受到外界压力时与所述柔性衬底层(4)相互接触的接触区。
2.根据权利要求1所述的非接触式自驱动电子皮肤，其特征在于，所述接触区为圆形通孔(6)，所述微结构摩擦单元(2)为四棱锥型结构。
3.根据权利要求2所述的非接触式自驱动电子皮肤，其特征在于，所述电极(5)为圆环形结构。
4.根据权利要求3所述的非接触式自驱动电子皮肤，其特征在于，所述摩擦层薄膜(1)和所述隔离保护层(3)均由聚二甲基硅氧烷PDMS制成。
5.根据权利要求4所述的非接触式自驱动电子皮肤，其特征在于，所述电极(5)由氧化铟锡ITO制成，所述柔性衬底(4)由聚对苯二甲酸乙二醇酯PET制成。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的非接触式自驱动电子皮肤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S110：在硅片上制成热氧化的二氧化硅，覆盖具有正方形阵列的光刻板进行曝光后，放入显影液显影，去离子水清洗，通过六氟化硫刻蚀以暴露硅片，丙酮清洗，再使用氢氧化钾溶液进行湿法腐蚀，直至完全反应，得摩擦层薄膜模具；
步骤S120：在所述摩擦层薄膜模具表面旋涂PDMS液体，将涂有PDMS的摩擦层薄膜模具进行加热固化后，使所述PDMS液体形成一层PDMS薄膜，分离PDMS薄膜得摩擦层薄膜(1)；
步骤S130：在PET衬底上使用磁控溅射设备溅射一层方阻为35Ω/sq的ITO薄膜，通过激光刻蚀方法将所述ITO薄膜制成圆环形结构得电极(5)，所述PET衬底作为柔性衬底(4)；
步骤S140：将PDMS液体旋涂在方形玻璃衬底上，将旋涂有PDMS的玻璃衬底加热固化，使PDMS液体在所述玻璃衬底上形成PDMS薄膜，在PDMS薄膜中心制作一圆形通孔(6)，最后将带有通孔(6)的PDMS薄膜与所述玻璃衬底分离得隔离保护层(3)；
步骤S150：将所述隔离保护层(3)贴合在所述柔性衬底(4)上，使电极(5)位于所述隔离保护层(3)和所述柔性衬底(4)的中间，所述通孔(6)位于电极(5)的中间，得非接触式自驱动电子皮肤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述在摩擦层薄膜模具表面旋涂PDMS液体的旋涂厚度为500μm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述将涂有PDMS的摩擦层薄膜模具进行加热固化的温度为80℃，固化时间为2h。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述将PDMS液体旋涂在方形玻璃衬底上的旋涂厚度为500μm。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述将旋涂有PDMS的玻璃衬底加热固化的温度为80℃，固化时间为2h。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110132457A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-16 | 华中科技大学 | 一种多功能传感的柔性传感器及其制备方法 |
| CN112667101A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-16 | 广东省科学院半导体研究所 | 自驱动排汗的电子皮肤及其制备方法 |
| CN113232031A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-08-10 | 北京航空航天大学 | 一种压力感知范围可调的新型电子皮肤 |
| CN115990020A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-04-21 | 湘潭大学 | 高分辨率、高信噪比的超薄柔性干电极及脑电采集电路 |
| CN115990020B (zh) * | 2023-02-27 | 2024-08-02 | 湘潭大学 | 高分辨率、高信噪比的超薄柔性干电极及脑电采集电路 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103778867A (zh) * | 2014-01-14 | 2014-05-07 | 北京大学 | 一种自驱动可视化电子皮肤 |
| WO2015157272A1 (en) * | 2014-04-07 | 2015-10-15 | North Carolina State University | Electrodes and sensors having nanowires |
| CN105203244A (zh) * | 2015-10-20 | 2015-12-30 | 浙江大学 | 一种具有不规则表面微突的电子皮肤及其制备方法 |
| CN205691269U (zh) * | 2016-06-27 | 2016-11-16 | 华北理工大学 | 用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤 |
| CN106382997A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-08 | 北京科技大学 | 一种摩擦静电感应式电子皮肤 |
| CN107309146A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-03 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种微纳结构薄膜的制备方法及应用 |
| CN107329436A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-11-07 | 苏州大学 | 柔性触觉传感器以及机器人处理*** |
-
2017
- 2017-11-10 CN CN201711104078.8A patent/CN107941246B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103778867A (zh) * | 2014-01-14 | 2014-05-07 | 北京大学 | 一种自驱动可视化电子皮肤 |
| WO2015157272A1 (en) * | 2014-04-07 | 2015-10-15 | North Carolina State University | Electrodes and sensors having nanowires |
| CN105203244A (zh) * | 2015-10-20 | 2015-12-30 | 浙江大学 | 一种具有不规则表面微突的电子皮肤及其制备方法 |
| CN205691269U (zh) * | 2016-06-27 | 2016-11-16 | 华北理工大学 | 用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤 |
| CN106382997A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-08 | 北京科技大学 | 一种摩擦静电感应式电子皮肤 |
| CN107309146A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-03 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种微纳结构薄膜的制备方法及应用 |
| CN107329436A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-11-07 | 苏州大学 | 柔性触觉传感器以及机器人处理*** |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MAYUE SHI等: "self-powered analogue smart skin", 《ACS NANO》 * |
| 张海霞: "自驱动的模拟式柔性电子皮肤", 《科技导报》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110132457A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-16 | 华中科技大学 | 一种多功能传感的柔性传感器及其制备方法 |
| CN110132457B (zh) * | 2019-05-28 | 2024-06-04 | 华中科技大学 | 一种多功能传感的柔性传感器及其制备方法 |
| CN112667101A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-16 | 广东省科学院半导体研究所 | 自驱动排汗的电子皮肤及其制备方法 |
| CN113232031A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-08-10 | 北京航空航天大学 | 一种压力感知范围可调的新型电子皮肤 |
| CN115990020A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-04-21 | 湘潭大学 | 高分辨率、高信噪比的超薄柔性干电极及脑电采集电路 |
| CN115990020B (zh) * | 2023-02-27 | 2024-08-02 | 湘潭大学 | 高分辨率、高信噪比的超薄柔性干电极及脑电采集电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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