本發(fā)明屬于傳感器，具體涉及一種類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器，可以精確模擬人類的觸覺，具有感知溫度，垂直壓力，滑動觸覺的能力。在醫(yī)療領(lǐng)域，可以應(yīng)用于殘疾人的義肢，通過集成在義肢的表面，可以幫助殘疾人士對溫度、壓力與滑動觸覺的多模態(tài)感知，有效解決當(dāng)下觸覺傳感器數(shù)據(jù)感知單一的問題；在消費電子領(lǐng)域，可以應(yīng)用于可穿戴設(shè)備，結(jié)合虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，通過靈敏的觸覺反饋，給用戶更好的交互式和沉浸式體驗；在智能機(jī)器人領(lǐng)域，可以集成到機(jī)械臂中，幫助機(jī)器人通過觸摸來識別不同的物體，可以集成到機(jī)器人的電子皮膚中，幫助機(jī)器人對溫度和壓力的感知，從而有效提高機(jī)器人的工作效率與安全性。

2、類皮膚觸覺傳感器的發(fā)展初期主要研究仿生學(xué)和材料科學(xué)，通過使用一些聚合物柔性材料，模仿皮膚的一些單一功能；接下來加入了一些電路技術(shù)，可以更好的記錄電信號的產(chǎn)生和傳播，同時研發(fā)一些柔性、高靈敏度、高線性度的電子材料；接著發(fā)展，開始形成傳感器陣列的方法，通過集成多個傳感器，從而對溫度、壓力等多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，并利用人工智能技術(shù)，實現(xiàn)觸覺信號的分類、記錄、處理和反饋。

3、未來在材料方面，可以開發(fā)出靈敏度更高、拉伸性更好、可自修復(fù)、導(dǎo)電性更好、生物相容性優(yōu)良且低毒性的低成本材料；在工藝制造方面，優(yōu)化制作工藝，降低成本，提高傳感器的商業(yè)開發(fā)性，并找到可以大規(guī)模制造的生產(chǎn)技術(shù)；功能集成中，提供跟全面的數(shù)據(jù)檢測能力，包括聲、光、熱、力、電、氣味、化學(xué)物質(zhì)等等，并且加入更優(yōu)良的人工智能算法，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的收集與處理；應(yīng)用上，提供個性化服務(wù)，使得傳感器可以符合市場的多元化需求。

4、光纖傳感器可以有著良好的靈敏度，但是空間分辨率低，同時還成本高昂；?柔性電子器件中，使用無機(jī)半導(dǎo)體表現(xiàn)出較高的載流子遷移率，但是它們固有的剛度和脆性極大地阻礙了它們在柔性電子產(chǎn)品中的應(yīng)用；壓阻式傳感器主要通過傳感材料的電阻變化來檢測壓力變化，但是由于傳感材料的性質(zhì)，導(dǎo)致壓力和電阻并不能呈線性變化；柔性電子產(chǎn)品的基底都有著很好的彈性，但是并沒有透氣性；觸覺傳感器大部分都可以稱為壓力傳感器，主要是因為都只能單獨檢測壓力的變化。

5、

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器及其制備方法。

2、基于上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

3、一種類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器的制備方法，過程如下：

4、（1）將sebs顆粒溶于甲苯中，配置成50~70?mg/ml的sebs溶液，然后將sebs溶液和異丙醇以5:（1~3）的體積比混合，涂在集流體上，并在空氣中干燥，即可獲得隔離層下基底；

5、（2）在隔離層下基底上噴墨打印電極，電極為蛇形叉指電極；

6、（3）將pdms的預(yù)聚物和固化劑按比例配備成pdms液體，然后在液體中浸入方糖，再使浸入方糖的溶液固化得到模板，將固化后的模板放入水中直至方糖全部溶解，撈出、烘干，可得到傳感層的多孔模板，將pedot:pss?ph?1000的水分散液和乙二醇按照（5~15）:1的體積比混合制成導(dǎo)電溶液，再將多孔模板的上下表面通過氧等離子體預(yù)處理，然后將處理完后的多孔模板浸沒于導(dǎo)電溶液中，浸沒0.5~2小時后，烘干，取出即可獲得傳感層，裁剪至需要的尺寸；

7、（4）將pdms的預(yù)聚物和固化劑按比例配備成pdms液體，真空脫泡，再將脫泡處理后的pdms均勻涂在硅片上，烘干，裁剪至需要的尺寸作為保護(hù)層上基底；

8、（5）使用導(dǎo)電膠水，將傳感層粘在打印有電極的隔離層下基底上，再用導(dǎo)電膠水將保護(hù)層上基底封裝在傳感層的另外一面，即得。

9、進(jìn)一步地，步驟（3）中的導(dǎo)電溶液摻雜有碳納米纖維、金納米顆?；蜚y納米顆粒，制備過程為：將碳納米纖維、金納米顆?；蜚y納米顆粒超聲分散在乙醇中得到摻雜物的乙醇溶液，向clevios?pedot:pss?ph1000加入dmso得到pedot:pss的dmso混合溶液，將摻雜物的乙醇溶液和pedot:pss的dmso混合溶液按體積比（1~4）:（4~1）混合，得到摻雜的導(dǎo)電溶液，其中摻雜物的乙醇溶液中摻雜物的濃度為1~5wt%，pedot:pss的dmso混合溶液中dmso的濃度為1~5wt%。

10、進(jìn)一步地，還包括濕度檢驗層，將聚吡咯加入甲醇中，攪拌，獲得聚吡咯濃度為10~50?wt%的溶液，?將該溶液旋涂在基底上，烘干，獲得0.05~0.3?mm的濕度檢驗層；將該濕度檢驗層封裝在傳感層與保護(hù)層上基底之間。

11、進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述噴墨打印墨水由75?wt%~85wt%pedot:pss?ph1000的水分散液、5?wt%~15wt%二甲基亞砜、5?wt%~15wt%無水乙醇混合而成。

12、進(jìn)一步地，步驟（2）中，打印速度為1~20mm/s。

13、進(jìn)一步地，步驟（3）中的預(yù)處理是指在50~70w預(yù)處理50~70?s。

14、進(jìn)一步地，所述隔離層下基底的厚度為0.1~0.5?mm，電極的厚度為0.1~10?mm；傳感層的厚度為1~3?mm，保護(hù)層上基底的厚度為0.1~0.3mm。

15、sebs基底的制備過程中，甲苯溶液的揮發(fā)會帶走異丙醇，從而形成多孔基底，使得基底具有透氣性；電極使用了pedot:pss?ph1000和dmso的混合溶液，可以有效增加電極的導(dǎo)電性；傳感層的多孔結(jié)構(gòu)，是使用方糖作為犧牲模板所形成的，通過按壓形變導(dǎo)致傳感層的電阻變化，從而形成不同的電信號，并且可以感知到溫度和細(xì)微壓力的變化。噴墨打印技術(shù)，可以顯著降低制造成本，并且可以做到高精度的電極打印。

16、本發(fā)明結(jié)合數(shù)據(jù)處理技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的分類算法，能有效區(qū)分對不同物體的感知，進(jìn)行快速感知，提高了數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。

17、總之，本發(fā)明具有下述優(yōu)點：

18、1、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，傳感層采用了多層復(fù)合的多孔結(jié)構(gòu)加三維立體結(jié)構(gòu)，可以增加靈敏度的同時，進(jìn)行溫度、壓力和力的滑動方向的多模態(tài)數(shù)據(jù)感知。

19、2、制造工藝，采用噴墨打印，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

20、3、數(shù)據(jù)處理，采用智能數(shù)據(jù)處理算法，增強(qiáng)了對電信號的實時檢測和反饋，提高的檢測的準(zhǔn)確性，并添加了分類算法，幫助傳感器更好的檢測數(shù)據(jù)。

21、4、基底的多孔結(jié)構(gòu)，解決了電子皮膚的透氣性問題

技術(shù)特征：

1.一種類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器的制備方法，其特征在于，過程如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（3）中的導(dǎo)電溶液摻雜有碳納米纖維、金納米顆粒或銀納米顆粒，制備過程為：將碳納米纖維、金納米顆粒或銀納米顆粒超聲分散在乙醇中得到摻雜物的乙醇溶液，向clevios?pedot:pssph1000加入dmso得到pedot:pss的dmso混合溶液，將摻雜物的乙醇溶液和pedot:pss的dmso混合溶液按體積比（1~4）:（4~1）混合，得到摻雜的導(dǎo)電溶液，其中摻雜物的乙醇溶液中摻雜物的濃度為1~5wt%，pedot:pss的dmso混合溶液中dmso的濃度為1~5wt%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器的制備方法，其特征在于，還包括濕度檢驗層，將聚吡咯加入甲醇中，攪拌，獲得聚吡咯濃度為10~50?wt%的溶液，?將該溶液旋涂在基底上，烘干，獲得0.05~0.3?mm的濕度檢驗層；將該濕度檢驗層封裝在傳感層與保護(hù)層上基底之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述噴墨打印墨水由75?wt%~85wt%pedot:pss?ph1000的水分散液、5?wt%~15wt%二甲基亞砜、5?wt%~15wt%無水乙醇混合而成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，打印速度為1~20mm/s。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（3）中的預(yù)處理是指在50~70w預(yù)處理50~70?s。

7.權(quán)利要求1至6任一項所述的制備方法制得的類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器，所述隔離層下基底的厚度為0.1~0.5?mm，電極的厚度為0.1~10?mm；傳感層的厚度為1~3?mm，保護(hù)層上基底的厚度為0.1~0.3?mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種類皮膚多模態(tài)觸覺傳感器及其制備方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，傳感器從下至上分別為隔離層下基底、電極、傳感層、保護(hù)層上基底；下基底采用氫化苯乙烯?丁二烯嵌段共聚物(SEBS)，SEBS基底的制備過程中，甲苯溶液的過夜揮發(fā)會帶走異丙醇，從而形成多孔基底，使得基底具有透氣性；電極使用了PEDOT:PSS?PH1000和DMSO的混合溶液，可以有效增加電極的導(dǎo)電性；傳感層的多孔結(jié)構(gòu)，是使用方糖作為犧牲模板所形成的，通過按壓形變導(dǎo)致傳感層的電阻變化，從而形成不同的電信號，并且可以感知到溫度和細(xì)微壓力的變化。

技術(shù)研發(fā)人員：劉輕舟,閔順華,劉楊,何文卿,張學(xué)記
受保護(hù)的技術(shù)使用者：人工智能與數(shù)字經(jīng)濟(jì)廣東省實驗室（深圳）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10