一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器的制作方法

本发明涉及触觉传感的，特别是涉及一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器。

背景技术：

1、随着可穿戴电子的快速发展，基于柔性导电材料的触觉和应变传感器等物理传感器受到了极大的关注。这些传感器在各种先进应用中发挥着至关重要的作用，如人机界面、健康监测系统和人造电子皮肤。特别是，触觉传感器不仅模拟了人类的皮肤感受器，而且其研究还将研究范围扩展到了神经传递系统。

2、柔性触觉传感器可以将施加的压力转换为电信号输出，目前已经开发了几种主要的传感机制，如电阻式、电容式和压电式机制。其中电阻式传感器由于其经济、结构简单、易于信号处理和可扩展的制造工艺等优点成为近些年的研究热点，但设计一个新颖的结构且具有优异的性能较为困难。

3、目前，国内外电阻式触觉传感器存在以下几个方面有待提高：

4、1)近年来，一些利用基于接触的电阻机制的研究通过结构设计来提高触觉传感器的灵敏度，取得了重大进展。例如，利用海绵状多孔结构作为活性材料来提高灵敏度的触觉传感器已经被提出，传感器表现出卓越的性能，因为传感材料中相互连接的孔隙在压力下很容易变形，随着海绵收缩，电极之间的电流路径数量增加，传感材料本身提供了额外的电流路径，提高了传感器的灵敏度。然而，高度变形的触觉传感器通常在狭窄的压力范围内表现出敏感的反应；因此，它们不适合需要高压测量的应用。

5、2)一些研究员试图通过主动层或电极的结构设计，开发出能够测量大范围高灵敏度压力的触觉传感器。例如，通过电极图案设计，提出了一种传感范围和灵敏度可调的电阻式传感器锯齿形电极倾角最小的传感器检测范围最宽(<4mpa)，而电极倾角较大的传感器灵敏度提高了3.53倍，灵敏度和感应范围随电极的几何形状而改变，但不能同时提高。因此，开发一种能够检测大压力范围同时保持高灵敏度的触觉传感器仍然是一个挑战。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，传感器兼具更高灵敏度、更宽的压力检测范围、更优异的耐久性、更短的响应、更好的重复性的优点。

2、本发明的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，包括：上电极层、下电极层和介质层，介质层包括介质层上基底、介质层小尺寸的密孔、介质层大尺寸的密孔、介质层相互连通的孔洞、介质层上表面涂层、介质层下基底和介质层下表面涂层；上电极层与介质层上基底紧密粘合；下电极层与介质层下基底紧密粘合，介质层小尺寸的密孔不均匀分布在相互连通的孔洞中，介质层大尺寸的密孔不均匀分布在相互连通的孔洞中，介质层小尺寸的密孔和介质层大尺寸的密孔之间存在着一定的距离，没有重合。

3、本发明的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，上电极层包括上衬底和上电极，上衬底位于上电极顶面，且上衬底和上电极紧密粘合；

4、下电极层包括下衬底和下电极，下衬底位于下电极底面，下衬底和下电极紧密粘合；

5、上电极和下电极呈平行设置；所述上衬底和下衬底呈平行设置，所述上衬底、下衬底均采用硅橡胶制备的薄层，所述上衬底与下衬底大小尺寸保持一致，上衬底与下衬底分别用硅橡胶粘合于上电极顶面和下电极底面。

6、本发明的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，上电极和下电极采用导电银胶柔性导体材料，上电极和下电极与传感器其他层的材料紧密粘合。

7、本发明的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，上电极和下电极均为长方体结构，上电极和下电极大小尺寸保持一致，上电极和下电极呈平行设置。

8、本发明的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，介质层采用石墨烯涂层和嵌入pdms制成，与介质层小尺寸的密孔、介质层大尺寸的密孔、介质层相互连通的孔洞和之间介质层小尺寸的密孔、介质层大尺寸的密孔、介质层相互连通的孔洞的空气共同组成介质层，介质层中未与电极层粘合的部分均处于空气中。

9、本发明的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，介质层小尺寸的密孔采用圆形形状；

10、介质层大尺寸的密孔呈部分圆弧、部分椭圆弧、部分凹凸圆弧的形状，大小不一样。

11、本发明的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，介质层的顶面粘合于上电极的下底面，介质层的底面粘合于下电极上顶面。

12、本发明的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器的制备方法，包括以下步骤：

13、(1)首先，利用三维设计软行建模，设计所用介质层、电极模具；基于3d打印工艺，使用3d打印机将材料打印出多孔复合结构的介质层模具；

14、(2)将石墨烯粉末与食盐颗粒和去离子水混合,将被石墨烯分散的食盐颗粒在的烤箱中烘焙，通过模具制备成食盐正方体；

15、同时，石墨烯在pdms液体中搅拌分散，用氯仿稀释，并在加热；将固化剂的graphene-pdms溶液在真空条件下渗透到食盐正方体中；

16、最后，将食盐正方体在水中溶解，用剃刀将包覆石墨烯的多孔graphene-pdms切割成合适尺寸。

17、与现有技术相比本发明的有益效果为：

技术特征：

1.一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，其特征在于，包括：上电极层、下电极层和介质层，介质层包括介质层上基底、介质层小尺寸的密孔、介质层大尺寸的密孔、介质层相互连通的孔洞、介质层上表面涂层、介质层下基底和介质层下表面涂层；上电极层与介质层上基底紧密粘合；下电极层与介质层下基底紧密粘合，介质层小尺寸的密孔不均匀分布在相互连通的孔洞中，介质层大尺寸的密孔不均匀分布在相互连通的孔洞中，介质层小尺寸的密孔和介质层大尺寸的密孔之间存在着一定的距离，没有重合。

2.如权利要求1所述的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，其特征在于，上电极层包括上衬底和上电极，上衬底位于上电极顶面，且上衬底和上电极紧密粘合；

3.如权利要求2所述的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，其特征在于，上电极和下电极采用导电银胶柔性导体材料，上电极和下电极与传感器其他层的材料紧密粘合。

4.如权利要求3所述的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，其特征在于，上电极和下电极均为长方体结构，上电极和下电极大小尺寸保持一致，上电极和下电极呈平行设置。

5.如权利要求4所述的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，其特征在于，介质层采用石墨烯涂层和嵌入pdms制成，与介质层小尺寸的密孔、介质层大尺寸的密孔、介质层相互连通的孔洞和之间介质层小尺寸的密孔、介质层大尺寸的密孔、介质层相互连通的孔洞的空气共同组成介质层，介质层中未与电极层粘合的部分均处于空气中。

6.如权利要求5所述的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，其特征在于，介质层小尺寸的密孔采用圆形形状；

7.如权利要求6所述的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，其特征在于，介质层的顶面粘合于上电极的下底面，介质层的底面粘合于下电极上顶面。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及触觉传感的技术领域，特别是涉及一种基于多孔复合结构的电阻式柔性触觉传感器，传感器兼具更高灵敏度、更宽的压力检测范围、更优异的耐久性、更短的响应、更好的重复性的优点；包括：上电极层、下电极层和介质层，介质层包括介质层上基底、介质层小尺寸的密孔、介质层大尺寸的密孔、介质层相互连通的孔洞、介质层上表面涂层、介质层下基底和介质层下表面涂层；上电极层与介质层上基底紧密粘合；下电极层与介质层下基底紧密粘合，介质层小尺寸的密孔不均匀分布在相互连通的孔洞中，介质层大尺寸的密孔不均匀分布在相互连通的孔洞中，介质层小尺寸的密孔和介质层大尺寸的密孔之间存在着一定的距离，没有重合。

技术研发人员：郭小辉,夏云,王浩
受保护的技术使用者：蚌埠市正园电子科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14