CN111504520B - 一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器 - Google Patents

一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器 Download PDF

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    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors

Abstract

本发明提供了一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，包括依次设置的泡沫上电极层、泡沫电解质层、泡沫下电极层，所述泡沫电解质层由包括溶剂、高分子材料、酯类、离子载体和细菌纤维素的混合物经过发泡制得，五者的质量比为(25‑30):(3‑4)：(4‑6):(1‑2):(0.4‑0.6)，所述泡沫上电极层和泡沫下电极层的材质相同，由包括溶剂、高分子材料、酯类、导电材料和细菌纤维素的混合物经过发泡制得，五者的质量比为(25‑30):(3‑4)：(4‑6):(3‑4):(0.4‑0.6)。本发明所述的传感器具有器件整体结构一体化的特点，电极与电解质之间结合很好且没有微观物理间隙，基于超级电容原理获得高灵敏度和宽检测量程的同时，还具有超高柔性和可拉伸优势。

Description

一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器
技术领域
本发明属于柔性传感器技术领域，尤其是涉及一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器。
背景技术
软电子设备的可伸缩、可穿戴、灵活和人性化发展，对于满足人们日益增加的现代电子产品复杂性和多功能性的要求具有重要意义。应变传感器可以在受到机械变形时产生可重复的电变化，其在机器人、运动、健康监测和治疗等领域有着广泛的应用。目前，传感器在柔性化和可拉伸化发展方面，还存在材料性能和器件结构上的缺陷。针对电极材料，迄今为止已有的几种具有代表性的应变传感器使用碳纳米管、金属/半导体、石墨烯和导电聚合物等导电材料，并通过将其与弹性体基底复合的方式实现电极的柔性化。。然而，通过导电层与基底层粘附结合的方式得到的电极，其拉伸性能有限，拉伸率通常小于200％。针对整个传感器件，通常是由分别制得的电极层和传感功能层(如电介质层、压电层)经过贴附结合得到。由于器件各部分之间不是有机结合的整体，因此其在柔性弯曲和反复拉伸的使用过程中，各部分很容易发生劈裂甚至脱离。有限的柔性和拉伸程度导致了传感器测量因子小、测量范围小、灵敏度不高、长期重复性差等缺陷。
发明内容
针对上述领域难题，本发明提出一种器件整体结构一体化的触觉传感器，电极层与电解质层基于同一网络基底材质结合成为统一的一体，内部通过添加不同的功能材料实现电极导电和离子传导的不同功能。另外，本传感器基于超级电容传感原理，获得高灵敏度和宽检测量程的同时，还具有超高柔性和可拉伸优势。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，包括依次设置的泡沫上电极层、泡沫电解质层、泡沫下电极层，所述泡沫电解质层由包括溶剂、高分子材料、酯类、离子载体和细菌纤维素的混合物经过发泡制得，五者的质量比为(25-30):(3-4)：(4-6):(1-2):(0.4-0.6)，所述泡沫上电极层和泡沫下电极层的材质相同，由包括溶剂、高分子材料、酯类、导电材料和细菌纤维素的混合物经过发泡制得，五者的质量比为(25-30):(3-4)：(4-6):(3-4):(0.4-0.6)。
优选地，所述溶剂为水或离子液体，其中，所述离子液体为在室温或接近室温下呈现液态的且完全由有机阳离子与无机或有机阴离子组成盐，阳离子包括但不限于季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子、吡咯盐离子，阴离子包括但不限于卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子。
优选地，所述高分子材料包括但不限于聚乙烯醇(PVA)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)或聚苯乙烯(EPS)。
优选地，所述酯类包括但不限于碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙二酯(DEC)中一种或两种以上的混合物。
优选地，所述离子载体为酸、碱、盐中一种或两种以上的混合物，优选为硫酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸钠、碳酸氢钠中一种或两种以上的混合物。
所述细菌纤维素是是由微生物发酵合成的多孔性网状纳米级生物高分子聚合物，可以增强电极与电解质的抗拉伸性能，其原理为：细菌纤维素与聚乙烯醇之间氢键形成了双网结构，可以以最快的速度传递应力。
优选地，所述导电材料为金属、碳或导电聚合物，包括但不限于铜、铝、金、银、镍、石墨、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、MXene、聚吡咯、聚噻吩中的一种或两种以上的复合物。
优选地，所述泡沫上电极层和泡沫下电极层厚度均小于泡沫电解质层的厚度。
优选地，所述柔性可拉伸触觉传感器的形状包括但不限于长方体、圆柱体、三棱锥。
优选地，所述泡沫上电极层和泡沫下电极层两端均通过使用银胶粘贴导电金属线实现传感器与外界电气相连。
优选地，所述泡沫上电极层的上表面以及泡沫下电极层的下表面覆盖高分子膜作为封装层。所述封装层优选为PVA膜。封装层要求尽可能的轻薄且柔软，封装层选用包括但不限于PVA膜等材料。
本发明还提供一种上述基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)泡沫下电极层的制备
将水、细菌纤维素和高分子材料混合后加入离子载体在80-100℃条件下加热1-2小时，待高分子材料完全溶解，然后降温至75℃，加入乳化剂和酯类，搅拌反应2.5小时，再加入石墨烯，搅拌至均匀状态，再降温至35℃，加入发泡剂快速搅拌均匀，倒入模具中，放入冷冻机中冷冻至凝固作为泡沫下电极层；
(2)泡沫电解质层的制备
将水、细菌纤维素和高分子材料混合后加入离子载体在80-100℃条件下加热1-2小时，待高分子材料完全溶解，然后降温至75℃，加入乳化剂和酯类，搅拌均匀状态，再降温至35℃，加入发泡剂快速搅拌均匀，倒入模具中，放入-40℃的冷冻机中冷冻1分钟至凝固作为泡沫电解质层；
(3)泡沫上电极的制备
将水、细菌纤维素和高分子材料混合后加入离子载体在80-100℃条件下加热1-2小时，待高分子材料完全溶解，然后降温至75℃，加入乳化剂和酯类，搅拌反应2.5小时，再加入导电材料，搅拌至均匀状态，再降温至35℃，加入发泡剂快速搅拌均匀，倒入模具中的泡沫电解质层上，整体放入冷冻机中冷冻7小时，融化3小时，反复进行三个循环后得到带有孔状的一体式柔性可拉伸触觉传感器；
(4)传感器的接线
在泡沫电极两端使用银胶粘贴导电金属线，实现传感器与外界电气相连；
(5)传感器的封装
在泡沫上电极层的上表面以及泡沫下电极层的下表面覆盖高分子膜作为封装层，在封装层上涂抹粘结剂后与上下泡沫电极进行粘合。
本发明传感器的基本工作原理：
泡沫上、下电极层与泡沫电解质层三部分组成一体式柔性可拉伸触觉传感器，当有压力施加于传感器上时，传感器的网孔状泡沫上电极层、泡沫下电极层、泡沫电解质层均会在压力的作用下发生变形，从而导致电解质层与电极的接触面积变大，距离减小，引起电容的增加；当压力消失时，网孔状泡沫上、下电极电解质层又会恢复原状，电容也会恢复原值。电容的变化可以转变为电信号传输给后续处理电路，从而监测到力的大小。
泡沫上电极层、泡沫下电极层与泡沫电解质层形成电极或电解质界面，当电极层与电解质层的两面接触时，在外界电源的作用下，电极的内部表面电荷会从电解质中吸附离子，这些离子在电极或电解质界面的电解质一侧形成一个电荷数量与电极内表面荷电电荷数量相等，且符号与其相反的界面层，由于电极或电解质界面上存在着电位差，使得两层电荷都不能越界而彼此中和，因此形成结构稳定的超级电容。
由高分子材料、细菌纤维素和导电材料(如石墨烯、MXene、CNT等)组成的混合物经过发泡、冷冻成为泡沫电极层，将电解质(如磷酸、氢氧化钠、碳酸钠溶液)、细菌纤维素与高分子材料混合，然后发泡，冷冻后制备网孔状电解质层，然后将电极层与电解质层一起冷冻，便结合为一个整体。将做好的传感器连接到电容测量电路，实现压力映射。本发明中三部分的工艺均是冷冻后获得，制作工艺简单快捷。
相对于现有技术，本发明所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器具有以下优势：
(1)本发明创造所述的传感器拉伸率高。该基于超级电容的叉指电极式柔性触觉传感器的泡沫电极、泡沫电解质层的拉伸率均可大于300％，可以监测更大变形的运动，从而提高了该传感器的适用范围。
(2)本发明创造所述的传感器结合性好、无间隙。该基于超级电容的叉指电极式柔性触觉传感器的泡沫上下层电极、泡沫电解质层均是泡沫状结构，在制作过程中一次成型，各层之间不存在间隙，不需要使用外力使之结合。
(3)本发明创造所述的传感器制作流程简易，尺寸可灵活调整。该基于超级电容的叉指电极式柔性触觉传感器三部分的制作均是冻融后得到，无需其它特殊的生产要求，该传感器面积可以根据使用环境进行调整，直接裁剪即可，在裁剪过程中，不会破坏传感器结构，影响使用。
(4)本发明创造所述的传感器灵敏度高，测量范围大。该基于超级电容的叉指电极式柔性触觉传感器的电解质层含有大量均一网状结构，为离子提供大量的通道，提高了灵敏度，该传感器的电极层、电解质层含有大量均一网状结构，弹性好、加大了测试范围。
附图说明
图1为本发明传感器的整体结构示意图；
图2为本发明传感器的结构示意图；
图3为本发明传感器的工作原理示意图；
图4a-4b为本发明传感器的压容关系图。
图中：1、泡沫上电极层；2、泡沫电解质层；3、泡沫下电极层。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
本发明实施例中使用的细菌纤维素均购买于北京观澜科技有限公司，粒径为70-150微米、100目。
实施例1
本实施例提供了一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，用于监测人体或机器人关节等运动范围较大部位压力的大小，该传感器由上至下依次包括泡沫上电极层1、泡沫电解质层2、泡沫下电极层3，泡沫电解质层与泡沫上、下电极层组成传感器。
本实施例所做的传感器为泡沫状、一体式、三层结构经过冷冻后一次成型，整体长15mm，宽15mm，厚2mm；电极层为网孔状泡沫结构，由导电材料石墨烯与PVA按照一定比例混合，然后发泡，冷冻后得到，厚度为0.5mm，面积大小可以根据需要进行调整，附图1和图2中的电极层为长15mm，宽15mm；电解质层为网孔状泡沫状结构，由碳酸钙与PVA混合，然后发泡，冷冻后得到，厚度为1mm；面积大小可以根据需要进行调整，附图中的电解质层为长15mm，宽15mm。
本实施例基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器的制作过程是：
1.泡沫下电极层的制备
按照H2O:PVA:细菌纤维素为5:1:0.3的比例称量，并将两者进行混合并加入烧杯后，放入磁力搅拌子，然后使用锡纸盖住烧杯口，放入磁力水浴锅，在80-100℃条件下加热1-2小时，待PVA完全溶解，然后将水浴锅降温至66℃，加入占溶液总质量2.27％的碳酸钙，加入占溶液总质量11.33％的石墨烯，待搅拌均匀后，再将水浴锅降温至60℃，加入占溶液总质量5.66％的OP-10，溶液总质量6.80％的碳酸二甲酯搅拌2分钟，再将水浴降温至35℃，加入占溶液总质量5.66％的正戊烷剧烈搅拌，倒入模具中，放入-40℃的冷冻机中冷冻1分钟至凝固作为下电极层。
2.泡沫电解质层的制备
按照H2O:PVA:细菌纤维素为5:1:0.3的比例称量，并将两者进行混合并加入烧杯后，放入磁力搅拌子，然后使用锡纸盖住烧杯口，放入磁力水浴锅，在80-100℃条件下加热1-2小时，待PVA完全溶解，然后将水浴锅降温至66℃，加入占溶液总质量2.55％的碳酸钙，待搅拌均匀后，再将水浴锅降温至60℃，加入占溶液总质量6.39％的OP-10，溶液总质量7.66％的碳酸二甲酯搅拌2分钟，再将水浴降温至35℃，加入占溶液总质量6.39％的正戊烷剧烈搅拌，，倒入模具中的泡沫下电极层上，放入-40℃的冷冻机中冷冻1分钟至凝固作为电解质层。
3.泡沫上电极的制备
按照H2O:PVA:细菌纤维素为5:1:0.3的比例称量，将两者进行混合并加入烧杯后，放入磁力搅拌子，然后使用锡纸盖住烧杯口，放入磁力水浴锅，在80-100℃条件下加热1-2小时，待PVA完全溶解，然后将水浴锅降温至66℃，加入占溶液总质量2.27％的碳酸钙，加入占溶液总质量11.33％的石墨烯，待搅拌均匀后，再将水浴锅降温至60℃，加入占溶液总质量5.66％的OP-10，溶液总质量6.80％的碳酸二甲酯搅拌2分钟，再将水浴降温至35℃，加入占溶液总质量5.66％的正戊烷剧烈搅拌，，倒入模具中的泡沫电解质层上，整体放入-40℃的冷冻机中冷冻7小时，融化3小时，反复进行三个循环后得到带有孔状的一体式柔性可拉伸触觉传感器。
4.传感器的接线
在泡沫电极两端使用银胶粘贴导电金属线，实现传感器与外界电气相连。
5.传感器的封装
在上下泡沫电极泡沫层上可覆盖高分子膜作为封装层，在封装层上涂抹PVA溶液后与上下泡沫电极进行粘合。
实施例2
本实施例提供了一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，用于监测人体或机器人关节等运动范围较大部位压力的大小，该传感器由上至下依次包括泡沫上电极层1、泡沫电解质层2、泡沫下电极层3，泡沫电解质层与上、下泡沫电极层组成传感器。
本实施例所做的传感器为泡沫状、一体式、三层结构经过冷冻后一次成型，整体长15mm，宽15mm，厚2mm；电极层为网孔状泡沫结构，由导电材料聚吡咯与PVA按照一定比例混合，然后发泡，冷冻后得到，厚度为0.5mm，面积大小可以根据需要进行调整，附图中的电极层为长15mm，宽15mm；电解质层为网孔状泡沫状结构，由碳酸钙与PVA混合，然后发泡，冷冻后得到，厚度为1mm；面积大小可以根据需要进行调整，附图中的电解质层为长15mm，宽15mm。
本实施例基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器的制作过程是：
1.泡沫下电极层的制备
按照H2O:PVA:细菌纤维素为5:1:0.3的比例称量，并将两者进行混合并加入烧杯后，放入磁力搅拌子，然后使用锡纸盖住烧杯口，放入磁力水浴锅，在80-100℃条件下加热1-2小时，待PVA完全溶解，然后将水浴锅降温至66℃，加入占溶液总质量2.27％的碳酸钙，加入占溶液总质量11.33％的聚吡咯，待搅拌均匀后，再将水浴锅降温至60℃，加入占溶液总质量5.66％的OP-10，溶液总质量6.80％的碳酸二甲酯搅拌2分钟，再将水浴降温至35℃，加入占溶液总质量5.66％的正戊烷剧烈搅拌，倒入模具中，放入-40℃的冷冻机中冷冻1分钟至凝固作为下电极层。
2.泡沫电解质层的制备
按照H2O:PVA:细菌纤维素为5:1:0.3的比例称量，并将两者进行混合并加入烧杯后，放入磁力搅拌子，然后使用锡纸盖住烧杯口，放入磁力水浴锅，在80-100℃条件下加热1-2小时，待PVA完全溶解，然后将水浴锅降温至66℃，加入占溶液总质量2.55％的碳酸钙，待搅拌均匀后，再将水浴锅降温至60℃，加入占溶液总质量6.39％的OP-10，溶液总质量7.66％的碳酸二甲酯搅拌2分钟，再将水浴降温至35℃，加入占溶液总质量6.39％的正戊烷剧烈搅拌，，倒入模具中的下电极层上，放入-40℃的冷冻机中冷冻1分钟至凝固作为电解质层。
3.泡沫上电极的制备
按照H2O:PVA:细菌纤维素为5:1:0.3的比例称量，将两者进行混合并加入烧杯后，放入磁力搅拌子，然后使用锡纸盖住烧杯口，放入磁力水浴锅，在80-100℃条件下加热1-2小时，待PVA完全溶解，然后将水浴锅降温至66℃，加入占溶液总质量2.27％的碳酸钙，加入占溶液总质量11.33％的聚吡咯，待搅拌均匀后，再将水浴锅降温至60℃，加入占溶液总质量5.66％的OP-10，溶液总质量6.80％的碳酸二甲酯搅拌2分钟，再将水浴降温至35℃，加入占溶液总质量5.66％的正戊烷剧烈搅拌，倒入模具中的电解质层上，整体放入-40℃的冷冻机中冷冻7小时，融化3小时，反复进行三个循环后得到带有孔状的一体式柔性可拉伸触觉传感器。
4.传感器的接线
在泡沫电极两端使用银胶粘贴导电金属线，实现传感器与外界电气相连。
5.传感器的封装
在上下泡沫电极泡沫层上可覆盖高分子膜作为封装层，在封装层上涂抹PVA溶液后与上下泡沫电极进行粘合。
实施例3
本实施例提供了一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，用于监测人体或机器人关节等运动范围较大部位压力的大小，该传感器由上至下依次包括泡沫上电极层1、泡沫电解质层2、泡沫下电极层3，泡沫电解质层与上、下泡沫电极层组成传感器。
本实施例所做的传感器为泡沫状、一体式、三层结构经过冷冻后一次成型，整体长15mm，宽15mm，厚2mm；电极层为网孔状泡沫结构，由导电材料石墨烯与碳酸乙二酯按照一定比例混合，然后发泡，冷冻后得到，厚度为0.5mm，面积大小可以根据需要进行调整，附图中的电极层为长15mm，宽15mm；电解质层为网孔状泡沫状结构，由碳酸钙与PVA混合，然后发泡，冷冻后得到，厚度为1mm；面积大小可以根据需要进行调整，附图中的电解质层为长15mm，宽15mm。
本实施例基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器的制作过程是：
1.泡沫下电极层的制备
按照H2O:PVA:细菌纤维素为5:1:0.3的比例称量，并将两者进行混合并加入烧杯后，放入磁力搅拌子，然后使用锡纸盖住烧杯口，放入磁力水浴锅，在80-100℃条件下加热1-2小时，待PVA完全溶解，然后将水浴锅降温至66℃，加入占溶液总质量2.27％的碳酸钙，加入占溶液总质量11.33％的石墨烯，待搅拌均匀后，再将水浴锅降温至60℃，加入占溶液总质量5.66％的OP-10，溶液总质量6.80％的碳酸乙二酯搅拌2分钟，再将水浴降温至35℃，加入占溶液总质量5.66％的正戊烷剧烈搅拌，倒入模具中，放入-40℃的冷冻机中冷冻1分钟至凝固作为下电极层。
2.泡沫电解质层的制备
按照H2O:PVA:细菌纤维素为5:1:0.3的比例称量，并将两者进行混合并加入烧杯后，放入磁力搅拌子，然后使用锡纸盖住烧杯口，放入磁力水浴锅，在80-100℃条件下加热1-2小时，待PVA完全溶解，然后将水浴锅降温至66℃，加入占溶液总质量2.55％的碳酸钙，待搅拌均匀后，再将水浴锅降温至60℃，加入占溶液总质量6.39％的OP-10，溶液总质量7.66％的碳酸乙二酯搅拌2分钟，再将水浴降温至35℃，加入占溶液总质量6.39％的正戊烷剧烈搅拌，倒入模具中的下电极层上，放入-40℃的冷冻机中冷冻1分钟至凝固作为电解质层。
3.泡沫上电极的制备
按照H2O:PVA:细菌纤维素为5:1:0.3的比例称量，将两者进行混合并加入烧杯后，放入磁力搅拌子，然后使用锡纸盖住烧杯口，放入磁力水浴锅，在80-100℃条件下加热1-2小时，待PVA完全溶解，然后将水浴锅降温至66℃，加入占溶液总质量2.27％的碳酸钙，加入占溶液总质量11.33％的石墨烯，待搅拌均匀后，再将水浴锅降温至60℃，加入占溶液总质量5.66％的OP-10，溶液总质量6.80％的碳酸乙二酯搅拌2分钟，再将水浴降温至35℃，加入占溶液总质量5.66％的正戊烷剧烈搅拌，，倒入模具中的电解质层上，整体放入-40℃的冷冻机中冷冻7小时，融化3小时，反复进行三个循环后得到带有孔状的一体式柔性可拉伸触觉传感器。
4.传感器的接线
在泡沫电极两端使用银胶粘贴导电金属线，实现传感器与外界电气相连。
5.传感器的封装
在上下泡沫电极泡沫层上可覆盖高分子膜作为封装层，在封装层上涂抹PVA溶液后与上下泡沫电极进行粘合。
传感器原理如图3所示，在压力作用下，网孔状电解质层和网孔状电极之间产生物理接触，并且接触面积随着负载的增加而增加，当负载消失时，传感器恢复原状，电容值恢复初值；在拉力作用下，网孔状电解质层和网孔状电极之间产生物理接触，并且接触面积随着负载的增加而增加，当负载消失时，传感器恢复原状，电容值恢复初值。
为了验证该触觉传感器的静态特性，首先将该传感器的导线与LCR表相连接，然后利用砝码和LCR表对传感器电容和压力之间的关系进行测量，得到如图4a、4b所示的电容曲线。从图可见，在不同配方下得到的传感器在不同压强下得到的电容值可以稳定、精确的反映出外界压强。实施例2是在实施例1的基础上将导电材质石墨烯换成了聚吡咯，在相同的压强下实施例1的电容值小于实施例2的电容值，可见导电材质的不同会因导电性能不同导致器件性能有差异，但均可以实现实验目的。实施例3是在实施例1的基础上将碳酸二甲酯更换为碳酸乙二酯，也可以将传感器做成多孔、具有高拉伸率、高灵敏度的结构。。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：包括依次设置的泡沫上电极层、泡沫电解质层、泡沫下电极层，所述泡沫电解质层由包括溶剂、高分子材料、酯类、离子载体和细菌纤维素的混合物经过发泡制得，五者的质量比为（25-30）:（3-4）：（4-6）:（1-2）:（0.4-0.6），所述泡沫上电极层和泡沫下电极层的材质相同，由包括溶剂、高分子材料、酯类、导电材料和细菌纤维素的混合物经过发泡制得，五者的质量比为（25-30）:（3-4）：（4-6）:（3-4）:（0.4-0.6）；
所述传感器由高分子材料、细菌纤维素和导电材料组成的混合物经过发泡、冷冻成为泡沫电极层，将电解质、细菌纤维素与高分子材料混合，然后发泡，冷冻后制备网孔状电解质层，然后将电极层与电解质层一起冷冻，便结合为一个整体。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述溶剂为水或离子液体，其中，所述离子液体为在室温或接近室温下呈现液态的且完全由有机阳离子与无机或有机阴离子组成盐，阳离子包括季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子、吡咯盐离子，阴离子包括卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子。
3.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述高分子材料包括聚乙烯醇、热塑性聚氨酯弹性体或聚苯乙烯。
4.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述酯类包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙二酯中一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述离子载体为酸、碱、盐中一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述导电材料为金属、碳或导电聚合物，包括铜、铝、金、银、镍、石墨、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、MXene、聚吡咯、聚噻吩中的一种或两种以上的复合物。
7.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述泡沫上电极层和泡沫下电极层厚度均小于泡沫电解质层的厚度。
8.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述柔性可拉伸触觉传感器的形状包括长方体、圆柱体、三棱锥。
9.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述泡沫上电极层和泡沫下电极层两端均通过使用银胶粘贴导电金属线实现传感器与外界电气相连，所述泡沫上电极层的上表面以及泡沫下电极层的下表面覆盖高分子膜作为封装层。
10.权利要求1-9任一所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
（1）泡沫下电极层的制备
将水、细菌纤维素和高分子材料混合后加入离子载体在80-100℃条件下加热1-2小时，待高分子材料完全溶解，然后降温至75℃，加入乳化剂和酯类，搅拌反应2.5小时，再加入导电材料，搅拌至均匀状态，再降温至35℃，加入发泡剂快速搅拌均匀，倒入模具中，放入冷冻机中冷冻至凝固作为泡沫下电极层；
（2）泡沫电解质层的制备
将水、细菌纤维素和高分子材料混合后加入离子载体在80-100℃条件下加热1-2小时，待高分子材料完全溶解，然后降温至75℃，加入乳化剂和酯类，搅拌均匀状态，再降温至35℃，加入发泡剂快速搅拌均匀，倒入模具中制备好的泡沫下电极层上，放入冷冻机中冷冻至凝固作为泡沫电解质层；
（3）泡沫上电极的制备
将水、细菌纤维素和高分子材料混合后加入离子载体在80-100℃条件下加热1-2小时，待高分子材料完全溶解，然后降温至75℃，加入乳化剂和酯类，搅拌反应2.5小时，再加入导电材料，搅拌至均匀状态，再降温至35℃，加入发泡剂快速搅拌均匀，倒入模具中的泡沫电解质层上，整体放入冷冻机中冷冻7小时，融化3小时，反复进行三个循环后得到带有孔状的一体式柔性可拉伸触觉传感器；
（4）传感器的接线
在泡沫电极两端使用银胶粘贴导电金属线，实现传感器与外界电气相连；
（5）传感器的封装
在泡沫上电极层的上表面以及泡沫下电极层的下表面覆盖高分子膜作为封装层，在封装层上涂抹粘结剂后与上下泡沫电极进行粘合。
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