超薄触觉电子皮肤的设计与应用开题报告

1. 研究目的与意义

以人类皮肤为样本设计出的电子皮肤在包括医疗保健，人工智能设备应用中具有巨大的发展潜力。现阶段的电子皮肤还不完全具备人类皮肤那样丰富的感知能力。目前电子皮肤传感器多由刚性的陶瓷、硅材料或者金属制成，这些刚性的材料制备得到的传感器难以满足电子皮肤和可穿戴设备对柔韧性和拉伸性的要求，会导致传感器在使用过程中的损坏以及使用时产生不适感。相比之下，柔性传感器制备的电子皮肤要比由刚性材料制备的电子皮肤在柔韧性、拉伸性、生物兼容性和与人体皮肤的贴合度上具有更大的优势。特别是在健康监测应用中，传感元件与人体皮肤的亲密接触将有效地减少皮肤接触阻抗，最大限度地减少运动伪影，提高测量精度，并简化后续数据拥有算法。近年来，科研工作者对触觉传感器进行了深入的研究，尤其是近几年来，在电子皮肤中的触觉传感器的柔性化、弹性化、轻量化、多功能化已经取得了显著的进展，主要在材料和结构两方面进行了性能的提升。在材料方面，采用了诸如导电橡胶、银纳米线、导电复合材料、水凝胶、石墨烯等功能性材料，在原理方面，压阻式、电容式、压电式传感器都有十分创新的结构出现。

目前的触觉传感器在灵敏度和测量范围等方面的局限性限制了电子皮肤的性能。由cnt、银纳米线等材料设计的电容式压力传感器在一定的范围内拥有比较理想的灵敏度，但其范围很小，不适用于威压力的测量；由多孔网络结构的石墨烯和pdms设计的压力传感器测量范围比较可观，但其在低压区的灵敏度很低，不适合在实时度很高的场合使用。由于石墨烯薄膜具有优异的电学特性、高强度弹性和高稳定性等特点，它已经成为聚合物中一种有前途的碳导电材料。因此本课题选择石墨烯作为研究材料设计并制作电子皮肤。相比过去的传感器在厚度上有一定的进步，可以更贴合人体皮肤。

本课题旨在设计出一种基于石墨烯的新型柔性传感器及其仿生电子皮肤，并在人体上完成对电子皮肤的灵敏度，响应时间，范围等数据的监测。

2. 研究内容和预期目标

1、石墨烯薄膜的压阻特性的测试及分析

本课题设计的压力传感器是基于石墨烯薄膜的压阻特性，因此，首先针对石墨烯的压阻特性以及不同衬底厚度和量的石墨烯薄膜对传感效果的影响展开研究。

2、基于石墨烯薄膜的柔性传感器的设计与制作

3. 研究的方法与步骤

本课题针对基于石墨烯的超薄触觉传感器拟采用三层结构来制作，主要研究石墨烯薄膜的厚度、衬底的厚度对性能的影响，具体步骤如下

1、在石墨烯薄膜两侧连接电极和导线，然后往石墨烯薄膜上施加不同大小和形状的压力，

通过测量平台测定电极之间的组织，然后改变石墨烯薄膜的厚度、衬底的厚度再进行测试，记录石墨烯薄膜的阻值变化曲线。

4. 参考文献

1. luo y, shao j, chen s, et al. flexible capacitive pressuresensor enhanced by tilted micropillar arrays [j]. acs appl. mater. interfaces,2019, 11(19): 17796-17803.

2. 蔡依晨，黄维，董晓臣.可穿戴式柔性电子应变传感器[j].科学通报, 2017(07): 23-37.

3. liao x, zhang z, liang q, et al. flexible, cuttable, andself-waterproof bending strain sensors using microcracked gold nanofilms@ papersubstrate [j]. acs appl. mater. interfaces, 2017, 9(4): 4151-4158.

5. 计划与进度安排

（1）2023.2.20-2023.3.30 文献调研，图书馆查阅资料，完成开题报告，完成外文资料的翻译；

（2）2023.4.01-2023.4.20 制备超薄压力传感器件，测试相关性能参数；

（3）2023.4.21-2023.4.30 总结并整理实验数据，进行优化实验；