CN110491989A - 一种高灵敏度柔性电子皮肤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高灵敏度柔性电子皮肤及其制备方法,制备方法主要包括PDMS基片的制备、TCO薄膜的制备、多壁碳纳米管溶液的制备、压电复合材料的制备、粗糙模板的制备、压电传感器的成型、在各TCO上使用导电银浆迁出一根铜线,压电传感器从磨砂玻璃上剥离下来,和TCO薄膜结合在一起;高压极化电场下处理12小时。本发明得到的高灵敏度柔性电子皮肤主要由柔性电极及介电层两部分组成,不同于常规的柔性电子皮肤对大载荷下灵敏,对小载荷情况下依然保持灵敏度,用于人工智能、健康监测和仿生机器人。本发明的制备方法简单且可行且能够与测试其他参数(如温度、湿度等)的电子皮肤兼容,为制备出自发电的多种参数同步测量的电子皮肤打下基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性电子技术领域,尤其是一种高灵敏度柔性电子皮肤的及其制备方法。
背景技术
柔性电子指的是电路和相应的电子原器件在弯曲时仍能保持其性能,因其独特优势(可折叠性、可拉伸)成为近些年的热点研究领域。和刚性基材制备的薄膜相比,柔性基材如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)上制备的柔性功能薄膜除了传统的性能外,还具有柔软性和可延伸性,是制备柔性薄膜太阳能、显示屏、薄膜晶体光等的重要组成部分。
电子皮肤的灵感来源于“人体”是由无数“电路”和“传感器”组成,包括大脑、神经***和感觉***(最明显的是皮肤)。简单的说,电子皮肤是将外界的物理刺激信号通过传感器转化为电信号,目标通过长期研究实现仿真人体皮肤的全部功能。在人造生物假肢、仿生机器人和人机结合领域有广阔的应用前景,在功能器件如有机发光器件、晶体管、光电探测器、生物应变传感器和电池领域也成为研究的热点,特别是在疾病的提前预防和动态监测领域有着重要的现实意义。
健康监测的方式大致分为体内监测和无创伤型体表监测,体表监测是通过高度敏感的可穿戴传感器与人体皮肤紧密结合,也可以与纺织品结合,监测人体或周围环境的生理参数。监测的主要生理参数包括:人体温度、湿度、心跳、不同位置的压应力,以及对人体形成的汗液进行分析通过反馈机制进行动态监测,然而无创伤体表监测还存在很多的技术问题需要解决,如信噪比低和表面易受到污染等。体内监测是指体内植入生物兼容性的柔性传感器检测体内生理参数,例如血管葡萄糖含量、桡动脉跳动频率。通过电子皮肤可以打破传统的被动治疗过程实现对很多非正常症状动态监测防患未然,而且个人无需昂贵的设备与专业的医护人员就可以监测自己的健康状态。
压电式柔性传感器是利用压电材料在应力作用下产生极化电场,从而产生电压和电流信号。压电传感器具有耐久性好而且机械稳定性强的优点,但其最大的优点是可以实现自我供电不需要外接电源,在多种传感器的集成化中可以为其他的传感原件提供电能。目前压电材料的选择只要分为两大类:压电陶瓷与压电聚合物。传统压电陶瓷如钛酸铅PZT具有很大的压电系数d33,但是由于铅的毒性一般不考虑使用。选用钛酸钡等无毒材料,但是不含铅的压电陶瓷压电系数较小。由于压电传感器对小载荷反应不灵敏,研究人员一般选用在介电层中加入石墨烯、碳纳米管或其他纳米线阵列增强其导电性或多种压电陶瓷粉末掺杂,但是金属纳米线以及纳米管难以分散均匀的问题导致器件制作可控性下降,使用压电聚合物如聚偏氟乙烯(PVDF)制备柔性传感器具有工艺简单、生物兼容性好等优点,但产生的电流信号强度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高灵敏度柔性电子皮肤及其制备方法,以解决解决目前制备电子皮肤流程复杂,需要光刻等复杂操作且成本较高的问题。
一种高灵敏度柔性电子皮肤的制备方法,主要包括以下步骤:
(1)聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的制备:取PDMS前聚物加入质量分数1%-10%的介孔二氧化硅纳米颗粒混合并磁力搅拌,然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂后继续搅拌,然后将混合物倒入培养皿中静置,再将培养皿真空干燥箱中反复抽气直到看不到气泡为止片;制备出均匀厚度的PDMS基片;
(2)透明导电氧化物(TCO)薄膜的制备:将制备好的PDMS基片放到磁控溅射镀膜机在水冷条件下,在网洞金属薄片的载物台上,用等离子体对PDMS表面进行清洁和活性处理,设置溅射功率在60w-120w、工作气压0.5Pa-2Pa、溅射时间10分钟-40分钟,在预溅射10分钟后,然后镀一层TCO薄膜;
(3)多壁碳纳米管(MW-CNTs)溶液的制备;
(4)压电复合材料的制备:取PDMS前聚体加入疏水性试剂稀释,然后加入压电陶瓷纳米颗粒,继续加入多壁碳纳米管溶液,磁力搅拌2-3小时,将混合均匀的复合材料在真空干燥箱中抽真空,去除疏水试剂;然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂,搅拌10-20分钟,制备出压电传感器的介电层;
(5)粗糙模板的制备:将磨砂玻璃在稀盐酸或稀氢氧化钠中浸泡5-10min备用;
(6)压电传感器的成型:将步骤(4)制备好的压电传感器的介电层通过旋涂覆盖在处理后的磨砂玻璃上,通过反复旋涂几次增加厚度,然后放到真空干燥箱在75-85℃干燥2-3小时;
(7)柔性电子皮肤的制备:在各TCO上使用导电银浆迁出一根铜线,将步骤(6)制备好的压电传感器从磨砂玻璃上剥离下来,和TCO薄膜结合在一起;
(8)对步骤(7)制作好的柔性电子皮肤在高压极化电场下处理12小时。对制作好的柔性电子皮肤在压力计组装的检测装置下,通过示波器检测一定压应力下产生的电压值。在2N-20N下产生5V-20V的电压信号。
高压极化电场包括100Kv/cm以上的电场。高压极化电场的处理的目的:使杂乱无序的电偶极矩方向在高压极化电场下转动从而定向排列,从而在测试中产生更大的电信号。
优选的,步骤(3)所述多壁碳纳米管溶液的制备主要包括:取多壁碳纳米管加入表面活性剂,磁力搅拌2小时,然后超声2小时,继续磁力搅拌2小时,超声2小时;制备分散均匀的多壁碳纳米管溶液。
优选的,步骤(4)中压电陶瓷纳米颗粒:多壁碳纳米管:PDMS的质量比为60:1:100。
优选的,所述压电陶瓷为ABO3型压电陶瓷中的一种或者几种。
优选的,所述压电陶瓷为钛酸钡、钛酸铅、锆酸铅中的一种或者几种。
优选的,所述疏水性试剂为正己烷。
优选的,所述介孔二氧化硅的粒径为7-40nm。
优选的,所述TCO包括AZO、ITO和FTO。
上述制备方法制备所得高灵敏度柔性电子皮肤,主要由柔性电极及介电层两部分组成,通过将柔性电极通过褶皱接触与压电式传感器集成形成一种高灵敏度柔性电子皮肤来感应压电信号。本发明的柔性电子皮肤基于压电效应,采用柔性电极与压电复合材料对外界物理刺激形成电路放电。
上述高灵敏度柔性电子皮肤的应用,用于人工智能、健康监测和仿生机器人。
本发明针对PDMS直接镀膜由于PDMS热膨胀系数较大产生裂纹,对PDMS进行改性处理加入热膨胀系数小的介孔二氧化硅纳米颗粒在水冷条件下镀膜消除了裂纹。且利用粗糙度较大的毛玻璃制备出压电层与柔性电极呈孔洞接触增强传感器的灵敏度。
与现有技术相比,本发明的高灵敏度柔性电子皮肤主要由柔性电极及介电层两部分组成。通过将柔性电极通过褶皱接触与压电式传感器集成形成一种高灵敏度柔性电子皮肤来感应压电信号。本发明的制备方法简单且不需要精密仪器的高灵敏度电子皮肤的制备方法,这种方法简单可行且能够与测试其他参数(如温度、湿度等)的电子皮肤兼容,为制备出自发电的多种参数同步测量的电子皮肤打下基础。本发明的柔性电子皮肤,不同于常规的柔性电子皮肤对大载荷下灵敏,对小载荷情况下依然保持灵敏度。
附图说明
图1是本发明的高灵敏度柔性电子皮肤的结构示意图;其中1-PDMS,2-TCO薄膜,3-压电复合材料,4-Cu线;
图2是在PDMS里面掺杂不同质量分数的SiO2的扫描电镜图;
图3是在PDMS里面掺杂不同质量分数的SiO2的薄膜的皲裂情况对比图;
图4是本发明制备的含介孔二氧化硅的聚二甲基硅氧烷基片;
图5是本发明的高灵敏度柔性电子皮肤的效果图;其中a本发明制备得到的高灵敏度柔性电子皮肤;b为本发明高灵敏度柔性电子皮肤平铺未弯曲效果图,可以点亮LED灯;c为本发明高灵敏度柔性电子皮肤弯曲90度导电效果图,薄膜反复折叠循环后,依然点亮LED;
图6是本发明的高灵敏度柔性电子皮肤的电化学工作站的测试电信号数据;
图7是本发明的高灵敏度柔性电子皮肤的压电信号测试图;在手指按压的情况下,电子皮肤产生的电压为7V;其中横坐标为时间,纵坐标为产生电压。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1
一种高灵敏度柔性电子皮肤的制备,主要包括以下步骤:
步骤1、聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的制备:取PDMS前聚物加入质量分数1%的介孔二氧化硅纳米颗粒混合并磁力搅拌30min,然后按照PDMS和固化剂10:1的比例搅拌5分钟,然后将混合物倒入直径10厘米的培养皿中静置5分钟,再将培养皿真空干燥箱中反复抽气直到看不到气泡为止。制备出均匀厚度的PDMS基片。得到的PDMS基片如图4所示。
步骤2、氧化铟锡(ITO)薄膜的制备:将制备好的PDMS基片放到磁控溅射镀膜机在水冷条件下,在网洞金属薄片的载物台上,用氩氧等离子体对PDMS表面进行清洁和活性处理,设置溅射功率在60w、工作气压0.5Pa、溅射时间40分钟,在预溅射10分钟后,然后镀一层ITO薄膜。
步骤3、多壁碳纳米管(MW-CNTs)溶液的制备:取多壁碳纳米管加入无水乙醇,磁力搅拌2小时,然后超声2小时,继续磁力搅拌2小时,超声2小时,制备分散均匀的多壁碳纳米管溶液。
步骤4、压电复合材料的制备:取PDMS前聚体加入正己烷稀释,然后加入钛酸钡(BaTiO3)纳米颗粒,继续加入混合均匀的多壁碳纳米管溶液,磁力搅拌2小时,将混合均匀的复合材料在真空干燥箱中抽真空,设置35℃与10分钟挥发去除疏水试剂。然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂,搅拌10分钟,制备出压电传感器的介电层。其中压电陶瓷纳米颗粒:多壁碳纳米管:PDMS质量比为60:1:100。
步骤5、粗糙模板的制备:将5cm*5cm的磨砂玻璃在稀盐酸或稀氢氧化钠中浸泡5min备用。
步骤6、压电传感器的成型:设置转速为3000转/min,将制备好的压电复合材料通过匀胶机覆盖在处理后的磨砂玻璃上,通过反复旋涂几次增加厚度,然后放到真空干燥箱在80℃干燥2小时。
步骤7、柔性电子皮肤的制备:在上下两片ITO薄膜上使用导电银浆各迁出一根铜线,将步骤5制备好的压电传感器从磨砂玻璃上剥离下来,和透明导电薄膜结合在一起。
步骤8、对制作好的柔性电子皮肤在高压极化电场下300kV处理12小时。
实施例2
一种高灵敏度柔性电子皮肤的制备,主要包括以下步骤:
步骤1、聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的制备:取PDMS前聚物加入质量分数10%的介孔二氧化硅纳米颗粒混合并磁力搅拌30min,然后按照PDMS和固化剂10:1的比例搅拌5分钟,然后将混合物倒入直径10厘米的培养皿中静置5分钟,再将培养皿真空干燥箱中反复抽气直到看不到气泡为止。制备出均匀厚度的PDMS基片。得到的PDMS基片如图4所示。
步骤2、铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜的制备:将制备好的PDMS基片放到磁控溅射镀膜机在水冷条件下,在网洞金属薄片的载物台上,用氩氧混合等离子体对PDMS表面进行清洁和活性处理,设置溅射功率在120w、工作气压2Pa、溅射时间10分钟,在预溅射10分钟后,然后镀一层AZO薄膜。
步骤3、多壁碳纳米管(MW-CNTs)溶液的制备:取多壁碳纳米管加入无水乙醇,磁力搅拌2小时,然后超声2小时,继续磁力搅拌2小时,超声2小时,制备分散均匀的多壁碳纳米管溶液。
步骤4、压电复合材料的制备:取PDMS前聚体加入正己烷稀释,然后加入钛酸钡(BaTiO3)纳米颗粒,继续加入混合均匀的多壁碳纳米管溶液,磁力搅拌2小时,将混合均匀的复合材料在真空干燥箱中抽真空,设置35℃与10分钟挥发去除疏水试剂。然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂,搅拌10分钟,制备出压电传感器的介电层。其中压电陶瓷纳米颗粒:多壁碳纳米管:PDMS的质量比=60:1:100。
步骤5、粗糙模板的制备:将5cm*5cm的磨砂玻璃在稀盐酸或稀氢氧化钠中浸泡5min备用。
步骤6、压电传感器的成型:设置转速为3000转/min,将制备好的压电复合材料通过匀胶机覆盖在处理后的磨砂玻璃上,通过反复旋涂几次增加厚度,然后放到真空干燥箱在80℃干燥2小时。
步骤7、柔性电子皮肤的制备:在上下两片AZO薄膜上使用导电银浆各迁出一根铜线,将步骤5制备好的压电传感器从磨砂玻璃上剥离下来,和透明导电薄膜结合在一起。
步骤8、对制作好的柔性电子皮肤在200Kv/cm高压极化电场下处理12小时。
实施例3
一种高灵敏度柔性电子皮肤的制备,主要包括以下步骤:
步骤1、聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的制备:取PDMS前聚物加入质量分数5%的介孔二氧化硅纳米颗粒混合并磁力搅拌30min,然后按照PDMS和固化剂10:1的比例搅拌5分钟,然后将混合物倒入直径10厘米的培养皿中静置5分钟,再将培养皿真空干燥箱中反复抽气直到看不到气泡为止。制备出均匀厚度的PDMS基片。得到的PDMS基片如图4所示。
步骤2、掺杂氟的SnO2透明导电(FTO)薄膜的制备:将制备好的PDMS基片放到磁控溅射镀膜机在水冷条件下,在网洞金属薄片的载物台上,用氩氧等离子体对PDMS表面进行清洁和活性处理,设置溅射功率在80w、工作气压1Pa、溅射时间30分钟,在预溅射10分钟后,然后镀一层FTO薄膜。
步骤3、多壁碳纳米管(MW-CNTs)溶液的制备:取多壁碳纳米管加入无水乙醇,磁力搅拌2小时,然后超声2小时,继续磁力搅拌2小时,超声2小时,制备分散均匀的多壁碳纳米管溶液。
步骤4、压电复合材料的制备:取PDMS前聚体加入正己烷稀释,然后加入钛酸铅(PbTiO3)纳米颗粒,继续加入混合均匀的多壁碳纳米管溶液,磁力搅拌2小时,将混合均匀的复合材料在真空干燥箱中抽真空,设置35℃与10分钟挥发去除疏水试剂。然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂,搅拌10分钟,制备出压电传感器的介电层。压电陶瓷纳米颗粒:多壁碳纳米管:PDMS的质量比=60:1:100。
步骤5、粗糙模板的制备:将5cm*5cm的磨砂玻璃在稀盐酸或稀氢氧化钠中浸泡5min备用。
步骤6、压电传感器的成型:设置转速为3000转/min,将制备好的压电复合材料通过匀胶机覆盖在处理后的磨砂玻璃上,通过反复旋涂几次增加厚度,然后放到真空干燥箱在80℃干燥2小时。
步骤7、柔性电子皮肤的制备:在上下两片FTO薄膜上使用导电银浆各迁出一根铜线,将步骤5制备好的压电传感器从磨砂玻璃上剥离下来,和透明导电薄膜结合在一起。
步骤8、对制作好的柔性电子皮肤在200Kv/cm高压极化电场下处理12小时。
实施例4
一种高灵敏度柔性电子皮肤的制备,主要包括以下步骤:
步骤1、聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的制备:取PDMS前聚物加入质量分数5%的介孔二氧化硅纳米颗粒混合并磁力搅拌30min,然后按照PDMS和固化剂10:1的比例搅拌5分钟,然后将混合物倒入直径10厘米的培养皿中静置5分钟,再将培养皿真空干燥箱中反复抽气直到看不到气泡为止。制备出均匀厚度的PDMS基片。得到的PDMS基片如图4所示。
步骤2、掺杂氟的SnO2透明导电(FTO)薄膜的制备:将制备好的PDMS基片放到磁控溅射镀膜机在水冷条件下,在网洞金属薄片的载物台上,用氩氧等离子体对PDMS表面进行清洁和活性处理,设置溅射功率在100w、工作气压1Pa、溅射时间30分钟,在预溅射10分钟后,然后镀一层FTO薄膜。
步骤3、多壁碳纳米管(MW-CNTs)溶液的制备:取多壁碳纳米管加入无水乙醇,磁力搅拌2小时,然后超声2小时,继续磁力搅拌2小时,超声2小时,制备分散均匀的多壁碳纳米管溶液。
步骤4、压电复合材料的制备:取PDMS前聚体加入正己烷稀释,然后加入钛酸钡(BaTiO3)与钛酸铅(PbTiO3)质量分数之比为1:1的纳米颗粒,继续加入混合均匀的多壁碳纳米管溶液,磁力搅拌2小时,将混合均匀的复合材料在真空干燥箱中抽真空,设置35℃与10分钟挥发去除疏水试剂。然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂,搅拌10分钟,制备出压电传感器的介电层。压电陶瓷纳米颗粒:多壁碳纳米管:PDMS的质量比=60:1:100。
步骤5、粗糙模板的制备:将5cm*5cm的磨砂玻璃在稀盐酸或稀氢氧化钠中浸泡5min备用。
步骤6、压电传感器的成型:设置转速为3000转/min,将制备好的压电复合材料通过匀胶机覆盖在粗糙度较大的毛玻璃上,通过反复旋涂几次增加厚度,然后放到真空干燥箱在80℃干燥2小时。
步骤7、柔性电子皮肤的制备:在上下两片FTO薄膜上使用导电银浆各迁出一根铜线,将步骤5制备好的压电传感器从毛玻璃上剥离下来,和透明导电薄膜结合在一起。
步骤8、对制作好的柔性电子皮肤在200Kv/cm高压极化电场下处理12小时。
实施例5
一种高灵敏度柔性电子皮肤的制备,主要包括以下步骤:
步骤1、聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的制备:取PDMS前聚物加入质量分数3%的介孔二氧化硅纳米颗粒混合并磁力搅拌30min,然后按照PDMS和固化剂10:1的比例搅拌5分钟,然后将混合物倒入直径10厘米的培养皿中静置5分钟,再将培养皿真空干燥箱中反复抽气直到看不到气泡为止。制备出均匀厚度的PDMS基片。得到的PDMS基片如图4所示。
步骤2、掺杂氟的SnO2透明导电(FTO)薄膜的制备:将制备好的PDMS基片放到磁控溅射镀膜机在水冷条件下,在网洞金属薄片的载物台上,用氩氧等离子体对PDMS表面进行清洁和活性处理,设置溅射功率在80w、工作气压1Pa、溅射时间30分钟,在预溅射10分钟后,然后镀一层FTO薄膜。
步骤3、多壁碳纳米管(MW-CNTs)溶液的制备:取多壁碳纳米管加入无水乙醇,磁力搅拌2小时,然后超声2小时,继续磁力搅拌2小时,超声2小时,制备分散均匀的多壁碳纳米管溶液。
步骤4、压电复合材料的制备:取PDMS前聚体加入氯仿稀释,然后加入钛酸钡(BaTiO3)与钛酸铅(PbTiO3)质量分数之比为1:1的纳米颗粒,继续加入混合均匀的多壁碳纳米管溶液,磁力搅拌2小时,将混合均匀的复合材料在真空干燥箱中抽真空,设置35℃与10分钟挥发去除疏水试剂。然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂,搅拌10分钟,制备出压电传感器的介电层。压电陶瓷纳米颗粒:多壁碳纳米管:PDMS的质量比=60:1:100。
步骤5、粗糙模板的制备:将5cm*5cm的磨砂玻璃在稀盐酸或稀氢氧化钠中浸泡5min备用。
步骤6、压电传感器的成型:设置转速为3000转/min,将制备好的压电复合材料通过匀胶机覆盖在处理后的磨砂玻璃上,通过反复旋涂几次增加厚度,然后放到真空干燥箱在80℃干燥2小时。
步骤7、柔性电子皮肤的制备:在上下两片FTO薄膜上使用导电银浆各迁出一根铜线,将步骤5制备好的压电传感器从磨砂玻璃上剥离下来,和透明导电薄膜结合在一起。
步骤8、对制作好的柔性电子皮肤在300Kv/cm高压极化电场下处理12小时。
实施例1-5得到的柔性电子皮肤的结构如图1所示。实施例1-5得到的柔性电子皮肤的效果图如图5所示;其中a本发明制备得到的高灵敏度柔性电子皮肤;b为本发明高灵敏度柔性电子皮肤平铺未弯曲效果图,可以点亮LED灯;c为本发明高灵敏度柔性电子皮肤弯曲90度导电效果图,薄膜反复折叠循环后,依然点亮LED。本发明的高灵敏度柔性电子皮肤的电化学工作站的测试电信号数据如图6所示。本发明的高灵敏度柔性电子皮肤的压电信号测试图,如图7所示,在手指按压的情况下,电子皮肤产生的电压为7V;其中横坐标为时间,纵坐标为产生电压。实施例1-5得到的柔性电子皮肤可以为10N以下的力,灵敏度:1N。
对比例1
柔性可拉伸聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的制备
参考实施例1步骤(1)的方法,分别在PDMS里面掺杂0%、1%、3%、5%质量分数的SiO2,制备出厚度均匀的PDMS基片。其中介孔二氧化硅的粒径为7-40nm。得到的薄膜的皲裂情况对比图如图2、图3所示,从图2和图3可以看出SiO2和PDMS混合为一体,SiO2纳米粉分布在PDMS内部,可以改善PDMS的热膨胀系数,从而解决PDMS上镀电极容易产生皲裂而无法导电等问题。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种高灵敏度柔性电子皮肤的制备方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
(1)PDMS基片的制备:取PDMS前聚物加入质量分数1%-10%的介孔二氧化硅纳米颗粒混合并磁力搅拌,然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂后继续搅拌,然后将混合物倒入培养皿中静置,再将培养皿真空干燥箱中反复抽气直到看不到气泡为止片;
(2)TCO薄膜的制备:将制备好的PDMS基片放到磁控溅射镀膜机在水冷条件下,在网洞金属薄片的载物台上,用等离子体对PDMS表面进行清洁和活性处理,然后镀一层TCO薄膜;
(3)多壁碳纳米管溶液的制备;
(4)压电复合材料的制备:取PDMS前聚体加入疏水性试剂稀释,然后加入压电陶瓷纳米颗粒,继续加入多壁碳纳米管溶液,磁力搅拌2-3小时,将混合均匀的复合材料在真空干燥箱中抽真空,去除疏水试剂;然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂,搅拌10-20分钟,制备出压电传感器的介电层;
(5)粗糙模板的制备:将磨砂玻璃在稀盐酸或稀氢氧化钠中浸泡5-10min备用;
(6)压电传感器的成型:将步骤(4)制备好的压电传感器的介电层通过旋涂覆盖在处理后的磨砂玻璃上,通过反复旋涂几次增加厚度,然后放到真空干燥箱在75-85℃干燥2-3小时;
(7)柔性电子皮肤的制备:在各TCO上使用导电银浆迁出一根铜线,将步骤(6)制备好的压电传感器从磨砂玻璃上剥离下来,和TCO薄膜结合在一起;
(8)对步骤(7)制作好的柔性电子皮肤在高压极化电场下处理12小时。
2.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,步骤(3)所述多壁碳纳米管溶液的制备主要包括:取多壁碳纳米管加入表面活性剂,磁力搅拌2小时,然后超声2小时,继续磁力搅拌2小时,超声2小时。
3.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,步骤(4)中压电陶瓷纳米颗粒:多壁碳纳米管:PDMS的质量比为60:1:100。
4.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述压电陶瓷为ABO3型压电陶瓷中的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述压电陶瓷为钛酸钡、钛酸铅、锆酸铅中的一种或者几种。
6.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述疏水性试剂为正己烷、环己烷、丙酮中的一种。
7.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述介孔二氧化硅的粒径为7-40nm。
8.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述TCO包括AZO、ITO和FTO。
9.一种根据权利要求1所述制备方法制备所得高灵敏度柔性电子皮肤。
10.根据权利要求9所述高灵敏度柔性电子皮肤的应用,其特征在于,用于人工智能、健康监测和仿生机器人。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191122 |
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