本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及傳感材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種形變傳感薄膜及其制備方法和應(yīng)用。由下至上依次包括摩擦納米發(fā)電機(jī)層、電致變色水凝膠層、液態(tài)金屬網(wǎng)透明電極層。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)利用液態(tài)金屬油墨、紡絲膜，通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備柔性點(diǎn)陣電極層，結(jié)合摩擦納米發(fā)電機(jī)層和電致變色水凝膠層，制得的形變傳感薄膜實(shí)現(xiàn)表面形變場(chǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)表征，皮膚形變監(jiān)測(cè)精度高；實(shí)現(xiàn)皮膚形變場(chǎng)的直觀實(shí)時(shí)表征，不需要專(zhuān)業(yè)的監(jiān)測(cè)人員；具有自供能的特性，日常佩戴方便，可用于可穿戴設(shè)備、電子皮膚、觸覺(jué)感知等領(lǐng)域；且具備高集成度、高度共形、高效率且可大面積、大批量制備的特性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及傳感材料，具體涉及一種形變傳感薄膜及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、目前的體態(tài)和皮膚形變場(chǎng)感知主要有以下幾種方案：
2、1.電阻傳感方案：制備離子導(dǎo)電水凝膠，復(fù)合石墨烯泡沫等柔性導(dǎo)電材料，當(dāng)施加應(yīng)變或壓力時(shí)，材料內(nèi)微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變其電阻，將這種材料組裝成電阻式傳感器，測(cè)量電壓變化反映形變大小。主要不足是精度低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)貼片形變點(diǎn)的直接表征，且需要外部供能，需要通過(guò)外部電路捕捉電信號(hào)，表征形變不夠?qū)崟r(shí)直觀。
3、2.摩擦電效應(yīng)和壓電效應(yīng)方案：使用摩擦納米發(fā)電機(jī)或壓電納米發(fā)電機(jī)，通過(guò)特殊電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成自供能的傳感器，基于產(chǎn)生的電勢(shì)感應(yīng)運(yùn)動(dòng)信號(hào)、壓力信號(hào)，輸出電信號(hào)來(lái)反映皮膚形變。主要不足是輸出的電信號(hào)需要多個(gè)電極采集，需傳遞到外部電路，經(jīng)過(guò)放大，濾波等處理，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制備難度高，無(wú)法實(shí)時(shí)直觀地表征皮膚形變信號(hào)。
4、3.電容傳感方案：結(jié)合仿生學(xué)，基于人類(lèi)皮膚結(jié)構(gòu)，利用壓力傳感微型原件、柔性電極，設(shè)計(jì)微納米圖案尺度傳感單元，在受壓時(shí)電容產(chǎn)生變化，從而依據(jù)電容增量計(jì)算出壓力。主要不足是微納米圖案的制備復(fù)雜、多層次結(jié)構(gòu)的組裝困難，以及需要外部電路，數(shù)據(jù)傳輸和處理要求高。
5、綜上，現(xiàn)有的皮膚形變場(chǎng)感知元件還存在不方便日常佩戴、監(jiān)測(cè)精度低、不能實(shí)時(shí)表征以及對(duì)監(jiān)測(cè)人員技術(shù)要求高，并且無(wú)法大批量高效制備等問(wèn)題。因此，有必要提供一種形變傳感薄膜及其制備方法和應(yīng)用，使形變傳感薄膜具備高集成度、高度共形、高效率、可實(shí)時(shí)表征且可大面積、大批量制備的特點(diǎn)。
>技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路1、本專(zhuān)利技術(shù)旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一，為此本專(zhuān)利技術(shù)提出一種形變傳感薄膜及其制備方法和應(yīng)用，使形變傳感薄膜具備高集成度、高度共形、高效率、可實(shí)時(shí)表征且可大面積、大批量制備的特點(diǎn)。
2、本專(zhuān)利技術(shù)的第一方面提供一種形變傳感薄膜。
3、具體的，所述形變傳感薄膜，由下至上依次包括摩擦納米發(fā)電機(jī)層、電致變色水凝膠層、液態(tài)金屬網(wǎng)透明電極層。
4、優(yōu)選的，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)層由上至下依次包括柔性點(diǎn)陣電極層、第一聚二甲基硅氧烷模具層、液態(tài)金屬油墨層、第二聚二甲基硅氧烷模具層。
5、優(yōu)選的，所述第一聚二甲基硅氧烷模具層為凹型；所述第二聚二甲基硅氧烷模具層為凹型。
6、優(yōu)選的，所述電致變色水凝膠層包括聚乙烯醇、乙基紫精二溴化物、鉀鐵氰化物、鐵氰化鉀、四硼酸鈉。
7、優(yōu)選的，所述液態(tài)金屬網(wǎng)透明電極層包括熱塑性聚氨酯。
8、本專(zhuān)利技術(shù)的第二方面提供一種形變傳感薄膜的制備方法。
9、具體的，包括以下步驟：
10、(1)將鎵基合金與溶劑混合，超聲攪拌，制得液態(tài)金屬油墨；
11、(2)使用靜電紡絲工藝將熱塑性聚氨酯溶液制成紡絲膜，在紡絲膜上利用液態(tài)金屬油墨印刷電路圖案，烘干固化，捶打，制得柔性點(diǎn)陣電極層；
12、(3)將聚二甲基硅氧烷溶液倒入凹型模具，烘干固化，將固化的聚二甲基硅氧烷取下，制得聚二甲基硅氧烷模具層，取兩件聚二甲基硅氧烷模具層進(jìn)行疊放黏合，貼入導(dǎo)電銅膠帶，再將步驟(1)制得的液態(tài)金屬油墨注入兩件聚二甲基硅氧烷模具層間的空腔，將步驟(2)制得的柔性點(diǎn)陣電極層膠黏在第一聚二甲基硅氧烷模具層上，烘干固化，制得摩擦納米發(fā)電機(jī)層；
13、(4)在硅片上光刻摩擦納米發(fā)電機(jī)層圖案，使用聚二甲基硅氧烷溶液覆蓋，真空處理，除泡，烘干固化形成薄膜，取下薄膜，在薄膜的圖案上方涂覆步驟(1)制得的液態(tài)金屬油墨，烘干固化，清洗，用熱塑性聚氨酯溶液浸沒(méi)，烘干固化，液態(tài)金屬網(wǎng)透明電極轉(zhuǎn)印，制得液態(tài)金屬網(wǎng)透明電極層；
14、(5)在步驟(3)制得的摩擦納米發(fā)電機(jī)層的柔性點(diǎn)陣電極層上方膠黏間隙框架，于間隙框架中填充電致變色水凝膠，再將步驟(4)制得的液態(tài)金屬網(wǎng)透明電極膠層黏在間隙框架上方，制得形變傳感薄膜。
15、優(yōu)選的，所述烘干固化的溫度為75～85℃，時(shí)間為10～20min。
16、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述烘干固化的溫度為80～85℃，時(shí)間為15～20min。
17、更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述烘干固化的溫度為80℃，時(shí)間為15min。
18、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述鎵基合金包括鎵銦合金、鎵銦錫合金中的至少一種。
19、進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(1)中，所述鎵基合金為鎵銦合金。
20、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述電路圖案為方形。
21、優(yōu)選的，步驟(3)中，所述疊放黏合的方法包括以下步驟：
22、將第二聚二甲基硅氧烷模具層的凹型面朝上，使用聚二甲基硅氧烷溶液涂覆第二聚二甲基硅氧烷模具層的四周，再將第一聚二甲基硅氧烷模具層的凹型面朝下進(jìn)行疊放黏合。
23、優(yōu)選的，步驟(5)中，所述電致變色水凝膠的制備方法包括以下步驟：
24、在聚乙烯醇溶液中加入乙基紫精二溴化物、鉀鐵氰化物和鐵氰化鉀，再與四硼酸鈉溶液混合，攪拌，制得電致變色水凝膠。
25、本專(zhuān)利技術(shù)的第三方面提供一種形變傳感薄膜在可穿戴設(shè)備、電子皮膚、觸覺(jué)感知領(lǐng)域中的應(yīng)用。
26、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果如下：
27、本專(zhuān)利技術(shù)利用液態(tài)金屬油墨、紡絲膜，通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備柔性點(diǎn)陣電極層，結(jié)合摩擦納米發(fā)電機(jī)層和電致變色水凝膠層，制得的形變傳感薄膜實(shí)現(xiàn)表面形變場(chǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)表征，皮膚形變監(jiān)測(cè)精度高；實(shí)現(xiàn)皮膚形變場(chǎng)的直觀實(shí)時(shí)表征，不需要專(zhuān)業(yè)的監(jiān)測(cè)人員；具有自供能的特性，日常佩戴方便，可用于可穿戴設(shè)備、電子皮膚、觸覺(jué)感知等領(lǐng)域；且具備高集成度、高度共形、高效率且可大面積、大批量制備的特性。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種形變傳感薄膜，其特征在于，由下至上依次包括摩擦納米發(fā)電機(jī)層、電致變色水凝膠層、液態(tài)金屬網(wǎng)透明電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形變傳感薄膜，其特征在于，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)層由上至下依次包括柔性點(diǎn)陣電極層、第一聚二甲基硅氧烷模具層、液態(tài)金屬油墨層、第二聚二甲基硅氧烷模具層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形變傳感薄膜，其特征在于，所述第一聚二甲基硅氧烷模具層為凹型；所述第二聚二甲基硅氧烷模具層為凹型。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的形變傳感薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述烘干固化的溫度為75～85℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述烘干固化的時(shí)間為10～20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述鎵基合金包括鎵銦合金、鎵銦錫合金中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述疊放黏合的方法包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，所述電致變色水凝膠的制備方法包括以下步驟：
10.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的形變傳感薄膜在可穿戴設(shè)備、電子皮膚、觸覺(jué)感知領(lǐng)域中的應(yīng)用。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種形變傳感薄膜，其特征在于，由下至上依次包括摩擦納米發(fā)電機(jī)層、電致變色水凝膠層、液態(tài)金屬網(wǎng)透明電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形變傳感薄膜，其特征在于，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)層由上至下依次包括柔性點(diǎn)陣電極層、第一聚二甲基硅氧烷模具層、液態(tài)金屬油墨層、第二聚二甲基硅氧烷模具層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形變傳感薄膜，其特征在于，所述第一聚二甲基硅氧烷模具層為凹型；所述第二聚二甲基硅氧烷模具層為凹型。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的形變傳感薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣興宇，湯十力，齊杰，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：南方科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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