采用离子导电水凝胶电极的触觉传感电子皮肤

柔性和可拉伸性是电子皮肤的重要特征,不但能够保证穿戴的舒适性,而且可以有效防止人体运动过程中的意外滑脱。采用冻融循环和盐水浸泡两步法制备了离子导电的明胶/聚乙烯醇(PVA)双网络水凝胶,其电导率可达2.50 S/m,同时最大应力和最大应变分别达到了745.72 kPa和282.73%,然后将其作为电极材料,与ZnO/硅橡胶压电薄膜一同制备了可任意变形的电子皮肤。测试结果表明,使用离子导电水凝胶电极的电子皮肤不会受到电极材料的限制,具有良好的柔韧性和延展性,在300次和500次的拉伸、弯曲和扭转后输出电压始终稳定在394.50~421.41 mV范围内。同时,讨论了电子皮肤的非线性输出特性,推导适用于柔性材料的非线性二次压电方程,在1~18 N的受力范围内进行了输出性能测试,结果表明电子皮肤的输出性能符合理论分析。此外,制备的电子皮肤的响应时间仅为80 ms,小于人类生理反应时间,而且在经过5000次循环按压测试过程中输出电压信号始终稳定,表现出良好的耐久性。该电子皮肤可应用于触觉传感领域,滑动性能测试结果表明,其具有轨迹识别能力和个性化检测潜力。