一种可识别物体软硬的柔性压阻传感器及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115901034A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211617386.1(22)申请日2022.12.14(71)申请人中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所地址215123江苏省苏州市工业园区独墅湖高教区若水路398号(72)发明人张珽田宇辰李铁李玥(74)专利代理机构南京利丰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)32256专利代理师王锋(51)Int.Cl.G01L1/18(2006.01)B25J19/02(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种可识别物体软硬的柔性压阻传感器及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种可识别物体软硬的柔性压阻传感器及其制备方法和应用，所述柔性压阻传感器为双层结构，包括敏感材料层和柔性电极阵列层；所述敏感材料层的表面覆形微结构，且表面半包裹有敏感材料；所述柔性电极阵列层负载于所述敏感材料层的表面。所述敏感材料包括单壁碳纳米管(SWCNT)、银纳米线、导电炭黑中的任一种。通过采用本发明的技术方案，选用压阻式传感器并利用微金字塔结构的应力集中效应大幅提高其对压力感知的灵敏度，实现类似梅克尔细胞(SA‑I)对静态力感知的功能；采用多通道传感阵列结构的设计，能够提高压力感知分辨率，实现SA‑I机械感受器高分辨率感知的功能。CN115901034ACN115901034A权利要求书1/1页1.一种可识别物体软硬的柔性压阻传感器，其特征在于，所述柔性压阻传感器为双层柔性材料结构，包括‑敏感材料层；所述敏感材料层的表面覆形微结构，且所述敏感材料层以柔性材料为基底，表面半包裹有导电颗粒材料；‑柔性电极阵列层，负载于所述敏感材料层的表面。2.如权利要求1所述的可识别物体软硬的柔性压阻传感器，其特征在于，所述导电颗粒材料包括单壁碳纳米管(SWCNT)、银纳米线、导电炭黑中的任一种。3.如权利要求1或2所述的可识别物体软硬的柔性压阻传感器，其特征在于，所述微结构的阵列通过光刻和等离子体刻蚀工艺制备而成的微金字塔结构或微半圆结构。4.如权利要求3所述的可识别物体软硬的柔性压阻传感器，其特征在于，所述金字塔结构或微半圆结构的宽200～400μm，高100～200μm，间距100～200μm。5.如权利要求1或2所述的可识别物体软硬的柔性压阻传感器，其特征在于，所述柔性电极阵列层的柔性材料与所述敏感材料层的柔性材料相同或不同；包括聚酰亚胺(PI)、Ecoflex、聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的任一种。6.一种如权利要求1‑5任一项所述的可识别物体软硬的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：S1.提供具有微结构的硅模板作为衬底；S2.制备敏感材料层；将分散后的导电颗粒材料喷涂于所述硅模板表面，使所述导电颗粒材料负载于所述硅模板上，再将柔性材料旋涂于负载有所述导电颗粒材料的所述硅模板表面，将所述导电颗粒材料包覆呈半包裹结构，固化后，所述硅模板剥离，得到所述敏感材料层；S3.制备柔性电极层；以硅片作为衬底，将柔性材料旋涂于所述硅片上，固化后，再所述硅片表面形成柔性薄膜；在所述柔性薄膜的表面经光刻胶涂覆‑刻蚀工艺，得到柔性电极阵列结构，将所述硅片剥离后即得到所述柔性电极层；S4.制备柔性压阻传感器；将所述敏感材料层和所述柔性电极层的组装贴合得到所述柔性压阻传感器。7.根据权利要求6所述的可识别物体软硬的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，S2中，将单壁碳纳米管分散于有机溶剂中形成浓度为0.05mg/mL分散液；S4中，所述柔性电极作为底层，将具有微金字塔结构的敏感材料层负载于所述柔性电极表面的电极阵列结构区域，组装、接线，得到所述柔性压阻传感器。S3中，所述光刻胶涂覆‑刻蚀工艺包括旋涂后经光刻‑镀膜工艺或电子印刷工艺或导电浆料刮涂工艺；所述光刻‑镀膜工艺包括紫外光刻和电子束蒸镀。8.根据权利要求6所述的可识别物体软硬的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，S2和S3中，所述固化工序均采用程序升温模式，初始温度80℃，以每30min升温40℃，直至升温至280℃。9.一种柔性机械手，包括手指和手掌，在所述手指和/或手掌上集成有如权利要求1‑5任一项所述的可识别物体软硬的柔性压阻传感器。10.一种触觉传感系统，包括如权利要求9所述的柔性机械手。2CN115901034A说明书1/7页一种可识别物体软硬的柔性压阻传感器及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及人机交互技术领域，具体地说是一种可识别物体软硬的柔性压阻传感器及其制备方法和应用。背景技术[0002]触觉传感器为机械手模仿人手功能感知外界信息提供了信号基础，这种人机交互(HMI)功能对提升机械手的抓取控制和智能感知至关重要。尽管传感