本實(shí)用新型涉及柔性傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于液態(tài)金屬柔性電路的電子皮膚。

背景技術(shù)：

皮膚作為人體最大的器官，承擔(dān)著多種生物功能，例如致密的表皮細(xì)胞可以阻擋外界物理、化學(xué)和生物因素的傷害；皮膚上的毛孔具有有效地釋放多余的熱量，起到降溫的作用；遍布皮膚的神經(jīng)感受器使人類具有敏銳的觸覺和冷熱感覺。隨著新材料的不斷出現(xiàn)和電子技術(shù)的發(fā)展，人造電子皮膚逐漸成為研究熱點(diǎn)。近年來，基于納米材料和納米結(jié)構(gòu)額人造皮膚表現(xiàn)出高靈敏度和高穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，而且與多種傳感器件的結(jié)合使得人造電子皮膚不僅具有與人類皮膚類似的功能，也具有其他特殊的功能，如對(duì)聲音、光線和電磁波信號(hào)的檢測(cè)。

目前，電子皮膚也面臨諸多的挑戰(zhàn)：現(xiàn)有的電子皮膚對(duì)應(yīng)變的靈敏度和信號(hào)強(qiáng)度普遍較低，同時(shí)制作工藝復(fù)雜，很難形成成熟的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本實(shí)用新型的目的是提供一種電子皮膚，其具有高靈敏度、低成本、低功耗、攜帶方便以及更加便捷的使用體驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種電子皮膚，其包括粘性膠膜、柔性襯底、液態(tài)金屬電路、傳感器及電子控制芯片；所述粘性膠膜貼敷在所述柔性襯底的下表面，所述液態(tài)金屬電路設(shè)于所述柔性襯底的上表面，所述傳感器及電子控制芯片與所述液態(tài)金屬電路電性連接。

其中，所述液態(tài)金屬電路為液態(tài)金屬涂層或液態(tài)金屬微流道或液態(tài)金屬打印或印刷電路。

其中，所述液態(tài)金屬電路的上表面粘貼一層柔性薄膜，用于封裝所述液態(tài)金屬電路。

其中，所述液態(tài)金屬為鎵銦合金、鎵銦錫合金或鉍銦錫合金。

其中，所述柔性襯底材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛或聚乙烯中的一種。

其中，所述柔性襯底的厚度為5-100微米。

其中，所述傳感器為溫度傳感器；所述溫度傳感器設(shè)于所述柔性襯底的下表面中部，所述柔性襯底的下表面兩側(cè)粘貼所述粘性膠膜，所述溫度傳感器與所述液態(tài)金屬電路連接；所述液態(tài)金屬電路的上表面連接所述電子控制芯片。

進(jìn)一步地，所述液態(tài)金屬電路還連接有藍(lán)牙模塊和電池。

其中，所述柔性襯底呈長方形，所述液態(tài)金屬電路為若干條首尾相連的液態(tài)金屬線，所述液態(tài)金屬線沿所述柔性襯底的長度方向依次設(shè)置；所述柔性襯底的長度方向的下表面兩端分別設(shè)有所述粘性膠膜。

進(jìn)一步地，所述柔性襯底的長度為5厘米，寬度為1厘米，厚度為100微米；所述液態(tài)金屬線的長度為3厘米，寬度為1毫米。

(三)有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型提供的一種電子皮膚，其包括粘性膠膜、柔性襯底、液態(tài)金屬電路、傳感器及電子控制芯片；所述粘性膠膜貼敷在所述柔性襯底的下表面，所述液態(tài)金屬電路設(shè)于所述柔性襯底的上表面，所述傳感器及電子控制芯片與所述液態(tài)金屬電路電性連接；相比于傳統(tǒng)的電子皮膚，設(shè)置液態(tài)金屬電路的柔性電子皮膚具有更高的柔韌性和靈敏度，而且制作工藝更為簡單，成本低、功耗低、攜帶方便，具有更加便捷的使用體驗(yàn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種電子皮膚的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的剖視圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1一種電子皮膚的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的剖視圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例2一種電子皮膚的使用狀態(tài)示意圖；

圖6為圖5的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1：粘性膠膜；2：柔性襯底；3：液態(tài)金屬電路；4：電子控制芯片；5：藍(lán)牙模塊；6：電池；7：溫度傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”、“多根”、“多組”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

如圖1和2所示，為本實(shí)用新型提供的一種電子皮膚，其包括粘性膠膜1、柔性襯底2、液態(tài)金屬電路3、傳感器及電子控制芯片4；所述粘性膠膜1貼敷在所述柔性襯底2的下表面，用于將電子皮膚固定在皮膚表面，所述液態(tài)金屬電路3設(shè)于所述柔性襯底2的上表面，所述柔性襯底2是一塊厚度為5-100微米的PDMS薄膜，具有較高的柔性，所述傳感器及電子控制芯片4與所述液態(tài)金屬電路3電性連接。

其中，所述液態(tài)金屬電路3為液態(tài)金屬涂層或液態(tài)金屬微流道或液態(tài)金屬打印或印刷電路。其制備工藝如下：

(1)采用光掩模技術(shù)制備液態(tài)金屬微流道：在平整的硅片表面旋涂一層感光膠，將帶有微流道圖案的遮光膠片放置在感光膠層上，再使用紫外光對(duì)其照射一段時(shí)間；取下遮光片后使用顯影劑對(duì)感光膠進(jìn)行沖洗，再將PDMS混合液涂抹在感光膠表面，置于75℃的加熱箱中加熱一小時(shí)；待混合液固化成膜后，將其揭下則得到PDMS微流道；采用等離子鍵合的方法將PDMS薄膜和PDMS微流道粘合在一起，并將液態(tài)金屬灌注在微流道內(nèi)，形成液態(tài)金屬微流道；

所述等離子鍵合的操作方法具體包括：將柔性聚合物微針管和柔性聚合物微流道貼合在一起，放入PDMS芯片等離子鍵合機(jī)(型號(hào)為GPC-102A)中；首先對(duì)等離子鍵合機(jī)的腔體進(jìn)行抽真空處理；之后使用氧氣反復(fù)沖洗，排除其余氣體；關(guān)閉氧氣流，把真空腔抽真空到真空度(氧氣壓力)為13.3～40Pa；加高壓1400～2000V使真空腔內(nèi)的氧氣起輝，對(duì)薄膜表面進(jìn)行氧等離子體轟擊，即可完成對(duì)薄膜的鍵合。

(2)采用液態(tài)金屬噴涂技術(shù)制備液態(tài)金屬涂層：首先，將PDMS與硅膠固化劑以10:1的質(zhì)量比混合均勻，隨后將混合液均勻涂抹在玻璃表面，置于75℃的加熱箱中加熱一小時(shí)；當(dāng)PDMS凝固后將其取出，將塑料或金屬掩膜板置于PDMS之上，隨后使用液態(tài)金屬噴槍將液態(tài)金屬均勻噴涂在PDMS薄膜上；將掩膜板取下，將PDMS混合液均勻涂抹在噴涂液態(tài)金屬的薄膜上，在相應(yīng)位置放置傳感器和電子控制芯片4，然后將其放置在75℃的加熱箱中加熱一小時(shí)，PDMS凝固后液態(tài)金屬電路3即封裝完成。

(3)液態(tài)金屬打印或印刷電路制作：將PDMS與硅膠固化劑以10:1的質(zhì)量比混合均勻，隨后將混合液均勻涂抹在玻璃表面，置于75℃的加熱箱中加熱一小時(shí)；當(dāng)PDMS凝固后將其取出，將塑料或金屬掩膜板置于PDMS之上，隨后使用液態(tài)金屬打印或印刷技術(shù)將液態(tài)金屬均勻印制在PDMS薄膜上；將掩膜板取下，將PDMS混合液均勻涂抹在噴涂液態(tài)金屬的薄膜上，在相應(yīng)位置放置傳感器和電子控制芯片4，然后將其放置在75℃的加熱箱中加熱一小時(shí)，PDMS凝固后液態(tài)金屬電路3即封裝完成。

其中，所述液態(tài)金屬電路3的上表面粘貼一層柔性薄膜，用于封裝所述液態(tài)金屬電路3。

其中，所述液態(tài)金屬可以為鎵銦合金，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.5％的鎵和24.5％的銦組成的鎵銦合金，這種合金的熔點(diǎn)為10.35℃，在常溫下處于液態(tài)。不同的含量配比可以得到不同熔點(diǎn)和導(dǎo)電性能的液態(tài)金屬合金，也可以選用其他的金屬材料，如鎵銦錫合金或鉍銦錫合金等。

其中，所述柔性襯底2材質(zhì)可以為聚二甲基硅氧烷(PDMS)，將PDMS預(yù)聚物和硅膠固化劑以10:1的質(zhì)量比混合，在75℃的環(huán)境中加熱一小時(shí)即可凝固；也可以為其他的高分子材料，如聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛或聚乙烯中的一種或其他適宜材料。

實(shí)施例1

如圖3和4所示，所述傳感器為溫度傳感器7；所述溫度傳感器7設(shè)于所述柔性襯底2的下表面中部，所述柔性襯底2的下表面兩側(cè)粘貼所述粘性膠膜1，所述溫度傳感器7與所述液態(tài)金屬電路3連接；所述液態(tài)金屬電路3的上表面分別連接所述電子控制芯片4，藍(lán)牙模塊5和電池6。用于對(duì)溫度傳感器7控制和測(cè)量結(jié)果的無線傳輸。通過將數(shù)據(jù)發(fā)送到后級(jí)的PC機(jī)或手機(jī)客戶端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體表皮體溫的長時(shí)間檢測(cè)。

實(shí)施例2

如圖5和圖6所示，所述柔性襯底2呈長方形，長度為5厘米，寬度為1厘米，厚度為100微米，所述液態(tài)金屬電路3為若干條首尾相連的液態(tài)金屬線，所述液態(tài)金屬線的長度優(yōu)選為3厘米，寬度為1毫米，所述液態(tài)金屬線沿所述柔性襯底2的長度方向依次設(shè)置；這些液態(tài)金屬線具有一定的電阻，而且其電阻值隨著柔性襯底2的拉伸程度而增加，因此可以通過檢測(cè)液態(tài)金屬線的電阻變化得到柔性襯底2的拉伸程度，進(jìn)而得到人體關(guān)節(jié)的活動(dòng)度；所述柔性襯底2的長度方向的下表面兩端分別設(shè)有所述粘性膠膜1，用于粘貼在人體關(guān)節(jié)的兩側(cè)。

由以上實(shí)施例可以看出，本實(shí)用新型將采用微流道技術(shù)、液態(tài)金屬噴涂技術(shù)或液態(tài)金屬平面打印技術(shù)制備的液態(tài)金屬電路封裝在柔性薄膜中，結(jié)合不同的傳感器和電子控制芯片可以制備出具有不同功能的柔性電子皮膚，如體溫測(cè)量、心電測(cè)量、血氧測(cè)量、血壓測(cè)量、關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)量等。相比于傳統(tǒng)的電子皮膚，液態(tài)金屬柔性電子皮膚具有更高的柔韌性、制作工藝更為簡單。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。