《基於2D/3D多孔石墨烯的多尺度觸-壓覺仿生電子皮膚研究》是依託西安電子科技大學，由呂曉洲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於2D/3D多孔石墨烯的多尺度觸-壓覺仿生電子皮膚研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：呂曉洲
- 依託單位：西安電子科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
仿生電子學的發展要求仿生電子皮膚具有人體皮膚多種感覺功能，而目前觸覺和壓覺感測器在測量範圍和測量精度上的局限性嚴重製約了仿生電子皮膚觸覺和壓覺功能的同時實現。針對此問題，本項目擬提出一種基於2D/3D多孔石墨烯的觸-壓覺仿生電子皮膚及其多尺度應力測量方法。研究2D/3D多孔石墨烯和柔性聚合物的力敏協同效應，以獲取具有最佳應變靈敏度和線性度的柔性複合材料；定量研究仿生電子皮膚模仿人體皮膚觸-壓覺的仿生學參量，構建基於2D多孔石墨烯薄膜和3D多孔石墨烯泡沫的觸-壓覺仿生電子皮膚仿生單元；建立觸-壓覺仿生電子皮膚多尺度應力回響模型和測量方法。通過本項目的研究，可闡明兩種柔性材料複合過程中力學特性的內在關聯並揭示多尺度下應力測量的量化規律，為仿生電子皮膚在材料製備、單元構建和測量方法方面提供理論依據和技術支撐。研究成果可用於康復機器人和假肢機器手實現觸-壓覺功能，具有重要的理論意義和實用價值。
結題摘要
仿生電子學的發展要求仿生電子皮膚具有人體皮膚多種感覺功能，而目前觸覺和壓覺感測器在測量範圍和測量精度上的局限性嚴重製約了仿生電子皮膚觸覺和壓覺功能的同時實現。針對該問題，本項目提出了一種基於2D/3D多孔石墨烯的觸-壓覺仿生電子皮膚及其多尺度應力測量方法。研究了2D石墨烯薄膜的轉移、表征和測試，將利用CVD法製備的2D石墨烯薄膜成功轉移至PET柔性襯底上，在尺寸為10mm×10mm×50μm時壓阻靈敏度可達10.27Ω/kPa。研究了3D石墨烯泡沫的製備、表征和測試，基於模板驅動法和雙重還原法成功製備3D石墨烯泡沫，彈性模量可達5kPa，電導率可達0.4S∙m^(-1)，壓力靈敏度可達0.36kPa^(-1)。研究了人體皮膚觸壓覺仿生學原理，從人體皮膚的結構、觸壓覺單元、對壓力刺激的感知過程等方面研究了仿人手皮膚的觸壓覺感測器需要具備的物理參數。設計並製備了具有仿生結構的柔性觸壓覺電子皮膚感測器單元原理樣機（尺寸10mm×10mm×6mm），可同時實現觸覺和壓覺功能，觸覺測量範圍範圍0～2N，靈敏度為472.2Ω/kPa，解析度可達0.01N，回響時間約為40ms；壓覺測量範圍2～40N，靈敏度為5.05kΩ/kPa，解析度可達0.5N，回響時間約為30ms，可實現跨越4個尺度的多尺度測量。本項目研究的觸壓覺柔性電子皮膚可用於機器人、可穿戴設備和醫療電子等領域，具有廣闊的套用前景。
