WO2020133416A1

WO2020133416A1 - 离子橡胶弹性体及其制备方法、离电子式电子皮肤

Info

Publication number: WO2020133416A1
Application number: PCT/CN2018/125646
Authority: WO
Inventors: 常煜; 彭涛; 李森; 王连建
Original assignee: 钛深科技(深圳)有限公司
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2020-07-02

Abstract

一种离子橡胶弹性体，以所述离子橡胶弹性体的总重量为100%计，包括：橡胶基体材料10%~95%；液态离子材料1%~80%；纳米粉体材料0.1%~50%；添加剂0%~30%。所述离子橡胶弹性体，添加有纳米粉体材料，所述纳米粉体材料具有高比表面积特性，能够在橡胶基体材料中均匀分散；同时由于所述纳米粉体材料表面含有羟基，极性强，因此与液态离子材料具有较好的相容性，所述液态离子材料能够包覆在纳米粉体表面，并通过纳米粉体材料的负载实现液态离子材料在橡胶基体材料中的均匀分散，使得原先难以混合的液态离子材料和橡胶基体材料功能性复合，获得高离子导通性和高单位面积电容。

Description

离子橡胶弹性体及其制备方法、离电子式电子皮肤

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种离子橡胶弹性体及其制备方法，以及一种离电子式电子皮肤。

背景技术

皮肤在人和外界交互的过程中担任着极其重要的角色。通过皮肤的多种感知能力，人们可以感触到针尖的刺痛，可以感受到火焰、冰块的刺激，也可以轻易区分玻璃、织物和橡胶的表面。但是对于皮肤组织受损或者截肢人员，其皮肤的感受功能遭到破坏，他们的生活质量会大大降低。现有的人造机械义肢已经可以很好的模拟原先肢体的外表和多种机械功能，而当给机械义肢添加皮肤的感知功能后，就能够恢复义肢的多种外界感知能力，给使用者的生活带来切实的帮助。随着智能机器人和人工智能的发展，外形上与人或动物相似的机器人预期将在家政服务、伴侣陪护、宠物陪伴、公共展示等领域获得跨越式的发展，其相关市场也将逐步扩大。将皮肤的感知功能赋予智能机器人，使机器人可以通过皮肤感受到外界的压力、振动等信号，一方面可以通过触觉智能协助机器人进行动作控制，比如抓取、拍打、抚摸等；另一方面使得智能机器人对人或动物的功能模仿更进一步，机器人可以对外界的刺激做出反应，更好的服务人类和保护自己；此外还提供了一种全新的人机交互方式，在智能机器人现有的视觉智能、听觉智能的基础上，添加了触觉智能，使人和机器人的交流更加全面便捷。除此之外，具备压力、拉力、温度等感知能力的柔弹性可穿戴传感器近年也获得较大发展。在心率、脉搏、呼吸监测领域，和手势、肢体动作识别领域上，智能可穿戴电子发展迅速。以上这些应用都建立在高性能柔弹性压力、振动、拉力、温度传感器的基础上。因此，从理论、材料、工艺和应用上发展这类传感器，以获得更高的灵敏度、分辨率、响应速度等，和更高的制备效率、更低的成本、更多的应用场景，将始终是推动这些应用落实的基础和推进相关产业发展的动力。

在这样的社会和产业背景下，电子皮肤这个概念应运而生。电子皮肤是模拟人类皮肤外形和功能的电子器件，即将仿生皮肤所感受到的外部压力、振动等刺激，通过电子信号的方式进行传递和分析，从而确定刺激的大小、位置等信息，是近年来得到越来越多关注的课题。人通过皮肤内的感官细胞来感受外界刺激，包括温度、压力等。皮肤的触觉感受由存在于皮肤不同厚度层中的机械敏感性受体提供，这些机械性受体将为人类提供周围环境压力，粗糙度，硬度，振动等信息。机械性受体根据其结构和功能可分为不同类别：对局部应力敏感位于皮肤表层的梅克尔触盘；对拉伸应变产生信号位于深层皮肤的鲁菲尼终器；对低频动态激励源具有均匀响应灵敏度的梅斯纳小体和对高频刺激有选择性响应并对小于10nm极微小形变具有超高灵敏度的环层小体。四种感受器将接受到的压力、振动信号转变为电信号并通过神经传递到大脑，大脑经过分析，得到压力、振动的位置和大小，从而获得包括物体形状，纹路，硬度等信息。而电子皮肤就是通过人造的电子器件，去模拟人皮肤中各种感受器的功能。根据测量原理的不同，电子皮肤中的柔性压力传感器主要分为压阻式、平行板电容式、压电和摩擦电式，其结构和原理如图1所示。

离电子式压力传感器是一种基于界面双电层电容原理的新型压力传感技术。这种压力传感器使用了富含可自由移动的阴阳离子的材料，比如电解质的高沸点溶液、离子液体、聚电解质、离子液体凝胶等。在这种离子材料上施加电压，这时离子材料中的正、负离子就会在电场的作用下迅速向两极运动，并分别在两个电极的表面形成紧密电荷层，即双电层。这种双电层是一种由离子排布形成的纳米级电容结构，由于正负离子之间的距离极短，其单位面积电容是传统平行板电容的1000倍以上。对于同种离子材料来说，界面电容主要与电极和离子材料之间的接触面积呈正相关关系，而界面电容式压力传感器则依据这一点，在压力作用下，离子材料与电极之间接触面积增加，传感器电容也相应增加，如图2所示。界面电容式压力传感机理是一种不同于现有的电阻式、电容式和压电式传感的一种全新的传感机理。由于界面电容的值可达到几百nF甚至uF级别，相比于几十pF的平行板电容式传感器，其灵敏度提高了1000倍以上，而且对人体及环境电容噪声有很强的抗干扰能力。相比于压阻式压力传感器，界面电容式压力传感器在一定压力范围内具有较好的线性响应度，相比如石墨烯、碳纳米管等导电材料，离子材料可以制备成溶液、油墨、浆料等形式，可更加方便的通过浸涂、刮涂、喷墨、印刷等多种加工方式制备成离子材料层。相比如压电式和摩擦电式压力传感器，界面电容式压力传感器在具备了快速的机械响应速度的同时，可以对静态压力进行检测。因此，采用离电子式机理制备的电子皮肤将具有更加优异的性能。

技术问题

本发明提供了一种一种离子橡胶弹性体及其制备方法、以及一种离电子式电子皮肤，以解决现有的电子皮肤灵敏度低、结构复杂、工艺复杂以及与机械结构兼容性差的问题。

技术解决方案

本发明是这样实现的，第一方面，提供了一种离子橡胶弹性体，以所述离子橡胶弹性体的总重量为100%计，所述离子橡胶弹性体包括如下重量百分含量的下列原料组分：

橡胶基体材料 10%~95%；

液态离子材料 1%~80%；

纳米粉体材料 0.1%~50%；

添加剂 0%~30%。

第二方面，提供了一种离子橡胶弹性体的制备方法，包括以下步骤：

按照本发明所述离子橡胶弹性体的配方称取各组分；

将橡胶材料前驱体及其固化剂、液态离子材料、固态纳米材料、添加剂混合处理，获得浆状的前驱体材料；

将所述前驱体材料沉积在基板上，固化处理，得到离子橡胶弹性体。

第三方面，提供了一种离电子式电子皮肤，包括设置有叉指电极的柔性电路板，以及覆盖在所述柔性电路板的叉指电极表面的离子橡胶，其中，所述离子橡胶包括与所述柔性印制电路叉指电极贴合的第一表面和背离所述柔性印制电路叉指电极的第二表面，所述第一表面为粗糙表面，且所述离子橡胶的材料为本发明实施例所述离子橡胶弹性体。

有益效果

本发明提供的离子橡胶弹性体，添加有纳米粉体材料，所述纳米粉体材料表面具有极性基团，比如羟基，使得高极性的液态离子材料由于极性相似原因，吸附在纳米粉体材料表面。负载在所述纳米粉体材料表面的液态离子材料，借助所述纳米粉体材料的高表面积，实现在在橡胶材料内部的均匀分散。当所述纳米粉体材料含量高于逾渗阈值时，由于纳米粉体材料之间的互相接触，使得纳米粉体材料表面的液态离子材料也互相接触，形成离子导通通道，使得整体橡胶获得高离子导通性。而不添加纳米粉体材料时，由于液态离子材料与橡胶基体之间极性相差较大，液态离子材料在分散过程中会在橡胶前驱体中分相，形成乳液，单独乳液颗粒互不相连，因此无法形成离子导通通道，使得整体橡胶离子导通性很差。因此，纳米粉体材料的加入使得原先难以混合的液态离子材料和橡胶基体材料功能性复合，获得高离子导通性，表现为橡胶的单位面积电容成百上千倍的增加。

本发明提供的离子橡胶弹性体的制备方法，只需按照离子橡胶弹性体的配方提供橡胶材料前驱体及其固化剂、液态离子材料、固态纳米材料、添加剂，将各原料混合处理后在基板上固化处理即可得到，操作方法简单易行。

本发明提供的离电子式电子皮肤，一方面，基于离电子式的工作机理，采用本发明离子橡胶弹性体材料的离子橡胶作为功能结构，因此具备离电子式压力传感器的灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强、响应线性好、可检测静态压力等优点。另一方面，采用将上述离子橡胶弹性体材料的离子橡胶覆盖在叉指电极表面，由于离子橡胶的高柔弹性，因此，所述离电子式电子皮肤可以轻易的贴敷在机械结构表面，提高与机械结构的兼容性。此外，本发明提供的离电子式电子皮肤，可以使用成熟的柔性印制电路技术，从而制备大面积高密度的大阵列电子皮肤，并可以与现有的控制、读取、供电电路进行可靠连接。

附图说明

图1是现有技术提供的柔性压力传感的工作原理示意图；

图2是现有技术提供的离电子式柔性压力传感技术原理示意图及其等效电路；

图3是本发明实施例提供的离电子式电子皮肤示意图；

图4是本发明实施例提供的柔性电极阵列示意图；

图5是本发明实施例1提供的传感器灵敏度测试结果图。

本发明的实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例第一方面提供一种离子橡胶弹性体，以所述离子橡胶弹性体的总重量为100%计，所述离子橡胶弹性体包括如下重量百分含量的下列原料组分：

橡胶基体材料 10%~95%；

液态离子材料 1%~80%；

纳米粉体材料 0.1%~50%；

添加剂 0%~30%。

本发明实施例提供的离子橡胶弹性体，添加有纳米粉体材料，所述纳米粉体材料表面具有极性基团，比如羟基，使得高极性的液态离子材料由于极性相似原因，吸附在纳米粉体材料表面。负载在所述纳米粉体材料表面的液态离子材料，借助所述纳米粉体材料的高表面积，实现在在橡胶材料内部的均匀分散（所述纳米粉体材料具有高比表面积特性，能够在橡胶基体材料中均匀分散）。当所述纳米粉体材料含量高于逾渗阈值时，由于纳米粉体材料之间的互相接触，使得纳米粉体材料表面的液态离子材料也互相接触，形成离子导通通道，使得整体橡胶获得高离子导通性。而不添加纳米粉体材料时，由于液态离子材料与橡胶基体之间极性相差较大，液态离子材料在分散过程中会在橡胶前驱体中分相，形成乳液，单独乳液颗粒互不相连，因此无法形成离子导通通道，使得整体橡胶离子导通性很差。因此，纳米粉体材料的加入使得原先难以混合的液态离子材料和橡胶基体材料功能性复合，获得高离子导通性，表现为橡胶的单位面积电容成百上千倍的增加。

具体的，所述橡胶基体材料作为离子橡胶弹性体的基体组分之一，在整个离子橡胶当中充当结构支撑的基体作用，并且提供高柔弹性。优选的，所述橡胶基体材料选自热固性橡胶材料。

在一些实施例中，所述橡胶基体材料选自热固性橡胶材料选自热固性丁腈橡胶类、热固性有机硅橡胶类、热固性丁苯橡胶类、热固性丙烯酸酯橡胶类、热固性天然橡胶类中的至少一种。优选的橡胶基体材料力学性能优良，且前驱体常温下或适当加热情况下呈液态或粘流态，容易与纳米粉体材料和液态离子材料进行均匀共混。进一步优选橡胶前驱体在常温下呈液态的橡胶基体材料。

本发明实施例中，以离子橡胶弹性体的总重量为100%计，所述橡胶基体材料的重量百分含量为1%~95%，具体可为1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%。

本发明实施例中，所述液态离子材料作为基体功能材料，赋予所述离子橡胶弹性体优异的离子导通性能，从而为采用离子橡胶弹性体制备离电子式电子皮肤提供了功能保障。在一些实施例中，所述液态离子材料选自离子液体、离子液体溶液、固态电解质溶液中的至少一种，且所述离子液体溶液、固态电解质溶液中的溶剂在所述离子橡胶弹性体中保留。

具体的，所述离子液体为在温度为10℃~35℃条件下呈液态的离子化合物。在一些实施例中，所述离子液体溶液可选自咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体、吡啶类离子液体、吡咯类离子液体、哌啶类离子液体、吡咯烷类离子液体中的至少一种，当然，不限于此。在优选实施例中，所述离子液体溶液选自在常温下具备高离子电导率的无毒低毒类离子液体，比如吡咯烷类离子液体、季铵盐类离子液体。

所述离子液体高沸点有机溶液为离子液体溶解在高沸点高极性有机溶剂中形成的溶液，且所述高沸点高极性有机溶剂为沸点不低于200℃、且分子结构中含有羟基、胺基、酯基、酰胺基、羧基中的至少一种的有机溶剂。此时，所述高沸点高极性有机溶剂沸点高，不易挥发，且由于溶剂极性较大，能够很好地将本身极性较大的离子化合物有效溶解。在一些实施例中，所述离子液体溶液中，所述离子液体选自咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体、吡啶类离子液体、吡咯类离子液体、哌啶类离子液体、吡咯烷类离子液体中的至少一种；所述高沸点高极性有机溶剂选自邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三丁酯、氮甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、甘油、乙二醇中的至少一种。

所述固态电解质高沸点有机溶液为在温度为10℃~35℃条件下呈固态的离子化合物在高沸点高极性有机溶剂中形成的溶液，且所述高沸点高极性有机溶剂为沸点不低于200℃、且分子结构中含有羟基、胺基、酯基、酰胺基、羧基中的至少一种的有机溶剂。此时，所述高沸点高极性有机溶剂沸点高，不易挥发，且由于溶剂极性较大，能够很好地将本身极性较大的离子化合物有效溶解。在一些实施例中，所述固态电解质溶液中，所述离子化合物选自小分子电解质、聚合物电解质中的至少一种；所述高沸点高极性有机溶剂选自邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三丁酯、氮甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、甘油、乙二醇中的至少一种。

本发明实施例中，以离子橡胶弹性体的总重量为100%计，所述液态离子材料的重量百分含量为1%~80%，具体可为1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%。

本发明实施例中，所述纳米粉体材料的添加，可以促进原本难以混合的液态离子材料和橡胶基体材料实现功能性复合。所述纳米粉体材料表面具有极性基团，比如羟基。在纳米粉体材料、液态离子材料、橡胶液态前驱体的共混体系中，液态离子材料由于极性相似原因，会吸附在纳米粉体材料表面，从而协同固态的纳米粉体材料，在搅拌分散过程中均匀的分散在橡胶材料内部。当纳米粉体材料含量高于逾渗阈值时，由于纳米粉体材料之间的互相接触，使得粉体表面的液态离子材料也互相接触，形成离子导通通道，使得整体橡胶获得高离子导通性。而不添加纳米粉体材料，由于液态离子材料与橡胶基体之间极性相差较大，液态离子材料在分散过程中会在橡胶前驱体中分相，形成乳液，单独乳液颗粒互不相连，因此无法形成离子导通通道，使得整体橡胶离子导通性很差。

优选的，所述纳米粉体材料为尺度在1000nm以下的固态纳米颗粒。所述纳米粉体材料粒径越小，由于比表面积越大，理论逾渗阈值也就越低，所需加入的纳米粉体的重量比也就越小，对橡胶力学性能的影响越小。若所述纳米粉体材料尺度超过1000nm，则对得到的离子橡胶弹性体的力学性能影响较大。所述纳米粉体材料可以为固态纳米颗粒，也可以为固态纳米线，还可以为固态纳米管、二维纳米材料。此处，当所述纳米粉体材料为颗粒状时，尺度即表示颗粒粒径；当所述纳米粉体材料为纳米管时，尺度即表示纳米管的管径；当所述纳米粉体材料为线料时，尺度即表示线料的直径；当所述纳米粉体材料为二维纳米材料时，尺度即表示二维纳米材料的最长对角线。当然，应当理解，所述纳米粉体材料可以选择一种形态的纳米材料，也可以选择两种或两种以上形态的纳米材料。

在一些实施例中，所述纳米粉体材料选自零维二氧化硅纳米颗粒、二氧化硅纳米线料、二氧化硅纳米管、二维纳米二氧化硅、二氧化钛纳米线料、二氧化钛纳米管、二维纳米二氧化钛、纳米碳酸钙颗粒、纳米氧化铝颗粒中的至少一种。优选的纳米粉体材料与橡胶基体材料、液态离子材料复合时，能够明显提高液态离子材料在橡胶基体材料中的分散均匀性，且成本低廉。

本发明实施例中，以离子橡胶弹性体的总重量为100%计，所述纳米粉体材料的重量百分含量为1%~50%，具体可为1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%。

本发明实施例中，还可以根据实际情况在离子橡胶弹性体中添加一种或多种添加剂，来提高离子橡胶弹性体的性能。具体的，所述添加剂选自消泡剂、流平剂、橡胶抗老剂中的至少一种，但不限于此。其中，所述消泡剂、所述流平剂用于提高制备过程中的可加工性，所述橡胶抗老剂用于提高所述离子橡胶弹性体的抗老化性能，进而提高所述离子橡胶弹性体的使用寿命。

本发明实施例中，以离子橡胶弹性体的总重量为100%计，所述添加剂的重量百分含量为0%~30%，具体可为0、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%。

本发明实施例所述离子橡胶弹性体可以通过下述方法制备获得。

本发明实施例第二方面提供一种离子橡胶弹性体的制备方法，包括以下步骤：

S01.按照本发明所述离子橡胶弹性体的配方称取各组分；

S02.将橡胶材料前驱体及其固化剂、液态离子材料、固态纳米材料、添加剂混合处理，获得浆状的前驱体材料；

S03.将所述前驱体材料沉积在基板上，固化处理，得到离子橡胶弹性体。

本发明实施例提供的离子橡胶弹性体的制备方法，只需按照离子橡胶弹性体的配方提供橡胶材料前驱体及其固化剂、液态离子材料、固态纳米材料、添加剂，将各原料混合处理后在基板上固化处理即可得到，操作方法简单易行。

具体的，上述步骤S01中，所述离子橡胶弹性体的原料配方及其优选情形如上文所述，为了节约篇幅，此处不再赘述。其中，所述橡胶基体材料对应折算成橡胶材料前驱体的含量。

上述步骤S02中，采用常规的混合方式，将橡胶材料前驱体及其固化剂、液态离子材料、固态纳米材料、添加剂混合处理，获得浆状的前驱体材料。

上述步骤S03中，将所述前驱体材料沉积在基板上，可以采用常规方法进行，包括但不限于浇筑、印刷、涂布、热压。所述基板可以为常规的基板，也可以为模具。进一步的，将沉积后的前驱体材料进行固化处理，得到离子橡胶弹性体。

在一些实施例中，为了获得表面具有粗糙结构的离子橡胶弹性体，从而满足不同的使用需求，采用具有预设粗糙表面的基板作为制备离子橡胶弹性体的基板，将所述前驱体材料沉积在所述基板的预设粗糙表面上，固化处理，得到具有预设粗糙表面的离子橡胶弹性体。

如图3所示，本发明实施例第三方面提供一种离电子式电子皮肤，包括设置有叉指电极的柔性电路板，以及覆盖在所述柔性电路板的叉指电极表面的离子橡胶，其中，所述离子橡胶包括与所述柔性印制电路叉指电极贴合的第一表面和背离所述柔性印制电路叉指电极的第二表面，所述第一表面为粗糙表面，且所述离子橡胶的材料为本发明所述离子橡胶弹性体。

本发明实施例提供的离电子式电子皮肤，一方面，基于离电子式的工作机理，采用本发明实施例离子橡胶弹性体材料的离子橡胶作为功能结构，因此具备离电子式压力传感器的灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强、响应线性好、可检测静态压力等优点。另一方面，由于离子橡胶的高柔弹性，因此，所述离电子式电子皮肤可以轻易的贴敷在机械结构表面，提高与机械结构的兼容性。此外，本发明实施例提供的离电子式电子皮肤，可以使用成熟的柔性印制电路技术，大面积高密度的大阵列电子皮肤，并可以与现有的控制、读取、供电电路进行可靠连接。

本发明实施例中，所述设置有叉指电极的柔性电路板可以采用常规方法制备获得。通常的，采用常规的光刻腐蚀法或者通过印刷导电材料的方法制备叉指电极形成柔性电路板。在一些实施例中，所述柔性电路板为单面具有叉指电极的柔性电路板。在一些实施例中，所述柔性电路板为双面具有叉指电极的柔性电路板。在一些实施例中，所述柔性电路板为具有多层叉指电极的柔性电路板。

所述离电子式电子皮肤还包括覆盖在所述柔性电路板的叉指电极表面的离子橡胶，且所述离子橡胶的材料为本发明实施例所述离子橡胶弹性体。具体的，所述离子橡胶包括与所述柔性印制电路叉指电极贴合的第一表面和背离所述柔性印制电路叉指电极的第二表面，所述第一表面为粗糙表面。当压力作用在离子橡胶上时，由于离子橡胶的粗糙表面，离子橡胶与叉指电极之间的接触面积会相应增加，由于传感器的界面电容与离子材料和电子电极之间的接触面积呈正相关关系，传感器所检测到的整体电容（或者其他由电容影响的电学参数，比如分压、电流、阻抗、相位角、谐振频率等）会相应增加，从而反推出压力大小。通过设置粗糙表面，使得所述离电子式电子皮肤在压力作用下，离子橡胶与叉指电极之间的接触面积增加，从而增加了界面双电层电容的大小。进一步的，叉指电极的两端连接到电容、电压、电流检测***，而压力导致的界面双电层电容大小的改变，将会反映到***测试电容、电压或电流的值，而压力大小与检测电容、电压或电流的值是一一对应的关系，因此可由当前测试电容、电压或电流值反推处压力大小。

本发明实施例所述离电子式电子皮肤可以设置成单点式离电子式电子皮肤，也可以设置成多点式的离电子式电子皮肤，还可以设置成阵列式的离电子式电子皮肤。如图4所示为一个单位平方厘米256点的电子皮肤的柔性电极阵列，与单点式电子皮肤结构类似，在阵列式柔性电极阵列表面覆盖上所需面积的离子橡胶，即可获得大面积高密度大阵列离电子式电子皮肤。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

一种离电子式电子皮肤的制备方法，包括以下步骤：

离子橡胶弹性体制备：将Sylgard 184 PDMS 有机硅弹性体前驱体与固化剂按照10:1质量比添加，加入与有机硅弹性体前驱体质量比1:1的双三氟甲基磺酰亚胺锂的邻苯二甲酸二辛酯溶液，其中双三氟甲基磺酰亚胺锂事先溶解在邻苯二甲酸二辛酯中形成5%质量分数的溶液，加入比表面积300m ²/g的气相纳米二氧化硅，其质量占有机硅弹性体前驱体的10%，加入占有机硅弹性体前驱体0.1%的流平剂，0.3%的消泡剂，使用机械搅拌在500转/分钟下搅拌1小时，使所有组分预混合，然后使用离心式搅拌机在5000转/分钟下搅拌5分钟，使所组分充分混合，获得离子橡胶前驱体浆料。将100支1000根的涤纶纤维布贴合在玻璃基材表面，将离子橡胶前驱体均匀涂抹在纤维布表面，然后加盖另一块玻璃板，使纤维布与玻璃板之间距离保持在0.5mm。烘箱中80℃加热30分钟，取出后将固化的离子橡胶从纤维布上剥离下来，获得一面具有粗糙结构的离子橡胶弹性体薄膜。

电极制备：使用传统的光刻腐蚀工艺在聚酰亚胺覆铜板上制备出叉指电极结构，其中叉指电极线宽与线间距均为250微米，电极直径3毫米。

传感器制备：将离子橡胶弹性体切割成3毫米直径，并将粗糙一面放置在叉指电极表面，并通过热压的方式，将电极和离子橡胶整体封装在两片热塑性聚氨酯薄膜之中，并切割封装好的聚氨酯薄膜。

用电容表测量实施例1制备的传感器，测定不同压强下传感器的电容值，测试三次，取平均值。结果如图5所示，其灵敏度约为0.03nF/kPa。

实施例2

一种离电子式电子皮肤的制备方法，包括以下步骤：

离子橡胶弹性体制备：在粉末丁腈橡胶中加入1-丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲磺酰)亚胺，且丁腈橡胶与1-丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲磺酰)亚胺的质量比为2:1；加入粒径为50nm的活性纳米碳酸钙，其质量占粉末丁腈橡胶的20%，加入占粉末丁腈橡胶0.1%的流平剂，0.3%的消泡剂，使用机械搅拌在60转/分钟、150℃的条件下搅拌1小时，使所有组分预混合，然后加入占粉末丁腈橡胶1.5%质量比的过氧化二异丙苯作为硫化剂，使用三辊机使所有物料混合均匀。使用500目喷砂不锈钢板作为模板，并使用平板硫化机，在180℃的条件下硫化4小时，硫化完成后将丁腈橡胶从不锈钢模板上剥离，获得一面具有粗糙结构的离子橡胶弹性体薄膜。

传感器制备：将离子橡胶弹性体切割成3毫米直径圆片，并将粗糙一面放置在叉指电极表面，并通过热压的方式，将电极和离子橡胶整体封装在两片热塑性聚氨酯薄膜之中，并切割封装好的聚氨酯薄膜。

实施例3

一种离电子式电子皮肤的制备方法，包括以下步骤：

离子橡胶弹性体制备：按质量比为1:1的比例，在天然橡胶中加入1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺，加入粒径50nm的纳米二氧化钛粉体，纳米二氧化钛粉体的质量占天然橡胶的15%，加入占天然橡胶质量0.1%的流平剂，0.3%的消泡剂，使用机械搅拌在60转/分钟、150℃的条件下搅拌1小时，使所有组分预混合，然后加入占天然橡胶胶1.5%质量比的硫磺作为硫化剂，使用三辊机使所有物料混合均匀。使用500目喷砂不锈钢板作为模板，并使用平板硫化机，在140℃的条件下硫化4小时，硫化完成后将天然橡胶从不锈钢模板上剥离，获得一面具有粗糙结构的离子橡胶弹性体薄膜。

对比例

一种离电子式电子皮肤的制备方法，包括以下步骤：

离子橡胶弹性体制备：将Sylgard 184 PDMS 有机硅弹性体前驱体与固化剂按照10:1质量比添加，加入与有机硅弹性体前驱体质量比1:1的双三氟甲基磺酰亚胺锂的邻苯二甲酸二辛酯溶液，其中双三氟甲基磺酰亚胺锂事先溶解在邻苯二甲酸二辛酯中形成5%质量分数的溶液，不加入纳米粉体材料。加入占有机硅弹性体前驱体0.1%的流平剂，0.3%的消泡剂，使用机械搅拌在500转/分钟下搅拌1小时，使所有组分预混合，然后使用离心式搅拌机在5000转/分钟下搅拌5分钟，使所组分充分混合，获得离子橡胶前驱体浆料。将100支1000根的涤纶纤维布贴合在玻璃基材表面，将离子橡胶前驱体均匀涂抹在纤维布表面，然后加盖另一块玻璃板，使纤维布与玻璃板之间距离保持在0.5mm。烘箱中80℃加热30分钟，取出后将固化的离子橡胶从纤维布上剥离下来，获得一面具有粗糙结构的离子橡胶弹性体薄膜。

采用与实施例1相同的条件，用电容表测量对比例制备的传感器，测定不同压强下传感器的电容值，其灵敏度约为0.023pF/kPa。与加入纳米二氧化硅的实施例1相比，对比例的灵敏度小于前者1/1000。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

一种离子橡胶弹性体，其特征在于，以所述离子橡胶弹性体的总重量为100%计，所述离子橡胶弹性体包括如下重量百分含量的下列原料组分：

橡胶基体材料        10%~95%；

液态离子材料        1%~80%；

纳米粉体材料    0.1%~50%；

添加剂              0%~30%。
如权利要求1所述的离子橡胶弹性体，其特征在于，所述橡胶基体材料选自热固性橡胶材料。
如权利要求2所述的离子橡胶弹性体，其特征在于，所述橡胶基体材料选自热固性丁腈橡胶类、热固性有机硅橡胶类、热固性丁苯橡胶类、热固性丙烯酸酯橡胶类、热固性天然橡胶类中的至少一种。
如权利要求1所述的离子橡胶弹性体，其特征在于，所述纳米粉体材料为尺度在1000nm以下的固态纳米材料。
如权利要求4所述的离子橡胶弹性体，其特征在于，所述纳米粉体材料选自零维二氧化硅纳米颗粒、二氧化硅纳米线料、二氧化硅纳米管、二维纳米二氧化硅、二氧化钛纳米线料、二氧化钛纳米管、二维纳米二氧化钛、纳米碳酸钙颗粒、纳米氧化铝颗粒中的至少一种。
如权利要求1至5任一项所述的离子橡胶弹性体，其特征在于，所述液态离子材料选自离子液体、离子液体高沸点有机溶液、固态电解质高沸点有机溶液中的至少一种，其中，

所述离子液体为在温度为10℃~35℃条件下呈液态的离子化合物；

所述离子液体高沸点有机溶液为离子液体溶解在高沸点高极性有机溶剂中形成的溶液，且所述高沸点高极性有机溶剂为沸点不低于200℃、且分子结构中含有羟基、胺基、酯基、酰胺基、羧基中的至少一种的有机溶剂；

所述固态电解质高沸点有机溶液为在温度为10℃~35℃条件下呈固态的离子化合物在高沸点高极性有机溶剂中形成的溶液，且所述高沸点高极性有机溶剂为沸点不低于200℃、且分子结构中含有羟基、胺基、酯基、酰胺基、羧基中的至少一种的有机溶剂。
如权利要求6所述的离子橡胶弹性体，其特征在于，所述离子液体选自咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体、吡啶类离子液体、吡咯类离子液体、哌啶类离子液体、吡咯烷类离子液体中的至少一种；和/或

所述离子液体溶液中，所述离子液体选自咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体、吡啶类离子液体、吡咯类离子液体、哌啶类离子液体、吡咯烷类离子液体中的至少一种；所述高沸点高极性有机溶剂选自邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三丁酯、氮甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、甘油、乙二醇中的至少一种；和/或

所述固态电解质溶液中，所述离子化合物选自三氟甲磺酸锂、六氟磷酸锂、聚苯磺酸钠中的至少一种；所述高沸点高极性有机溶剂选自邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三丁酯、氮甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、甘油、乙二醇中的至少一种。
如权利要求至1至5任一项所述的离子橡胶弹性体，其特征在于，所述添加剂选自消泡剂、流平剂、橡胶抗老剂中的至少一种。
一种离子橡胶弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照权利要求1至8任一项所述离子橡胶弹性体的配方称取各组分；

将橡胶材料前驱体及其固化剂、液态离子材料、固态纳米材料、添加剂混合处理，获得浆状的前驱体材料；

将所述前驱体材料沉积在基板上，固化处理，得到离子橡胶弹性体。
如权利要求至9所述的离子橡胶弹性体的制备方法，其特征在于，所述基板为具有预设粗糙表面的基板，且将所述前驱体材料沉积在基板上的步骤中，将所述前驱体材料沉积在所述基板的预设粗糙表面上，固化处理，得到具有预设粗糙表面的离子橡胶弹性体。
一种离电子式电子皮肤，其特征在于，包括设置有叉指电极的柔性电路板，以及覆盖在所述柔性电路板的叉指电极表面的离子橡胶，其中，所述离子橡胶包括与所述柔性印制电路叉指电极贴合的第一表面和背离所述柔性印制电路叉指电极的第二表面，所述第一表面为粗糙表面，且所述离子橡胶的材料为权利要求1至8任一项所述离子橡胶弹性体。