一种摩擦制备柔性电阻应变片的方法技术

本发明专利技术公开了一种摩擦制备高应变因子柔性电阻应变片的方法，该方法将柔性衬底平铺在弹性体上，再用石墨块在柔性衬底上进行摩擦，使附着在柔性衬底上的石墨微片形成导电面，得到柔性电阻应变片。本发明专利技术所制备的柔性电阻应变片的导电机制在于石墨微片附着在柔性衬底上形成的渗流导电面；由于该渗流导电面的微观导电通路会随应变会发生显著变化，从而使得弯曲或者拉伸后电阻发生显著变化；并且所选衬底均为柔性，因此导电膜具有良好的柔韧性；同时，由于原材料成本低廉、制备工艺简便，因此还具有成本低的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于柔性电阻应变片的制备方法及工艺领域，更具体的，涉及一种制备具有高应变因子柔性电阻应变片的摩擦方法。
技术介绍
柔性电阻应变片是一种十分重要的电子材料，应用领域广泛，市场潜力巨大。随着目前柔性电子学(如电子皮肤、体外诊断以及人体运动探测)相关领域的快速发展，研究开发新型的适合批量化制造的低成本柔性电阻应变片成为一项急待取得突破的重要课题。传统意义上的基于金属或半导体硅的压阻式应变传感器具有较好的灵敏度，同时其制作成本也较高。它们绝大多数都是固定的定向拉伸传感器，也就是说，这些传感器的灵活性和可拉伸特性均较差并且不能嵌入在结构材料之中，在实际应用中有一定局限。目前，研究者们开始着手研究新型的具有高灵敏度、灵活性、拉伸性以及舒适度的压阻材料来制造压阻式应变传感器。这种传感器能够很容易地附于人体上并直接探测人体的物理信号。但它们成本高且制备过程复杂，难以实现批量化生产。因此，开发新型工艺来制备具有良好柔韧性的低成本柔性电阻应变片具有重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简易的制备柔性电阻应变片的方法，以克服现有技术存在的成本过高、制备过程复杂、微小应变下探测灵敏度不足等技术问题。该方法不需要复杂的工艺步骤以及繁多的辅助材料，仅需要对柔性衬底表面用石墨块进行摩擦即可制备出柔性电阻应变片，与目前常见的制备方法相比，具有极其优异的工艺便利性。本专利技术提供的摩擦制备高应变因子柔性电阻应变片的方法，技术方案如下：一种摩擦制备高应变因子柔性电阻应变片的方法，包括如下步骤：(1)将柔性衬底平铺在弹性体上；(2)用石墨块在柔性衬底上进行摩擦，生成附着在柔性衬底上的石墨微片层，形成渗流导电面，得到柔性电阻应变片。优选地，所述柔性衬底包括柔性石头纸、金相砂纸和丁腈橡胶膜。优选地，所述摩擦压力0.1～0.3MPa，摩擦次数5～15次。优选地，所述弹性体为橡胶垫，使得石墨块在柔性粗糙表面上摩擦时，柔性粗糙表面的受力比较均匀，保证样品的均匀性。本专利技术所制备的柔性电阻应变片的导电机制在于石墨微片附着在柔性衬底上形成的渗流导电面；与现有方法和技术相比，采用本专利技术方法制备的渗流导电面具有一个突出的优势：石墨微片的含量非常接近导电渗流阈值。因此，该渗流导电面的微观导电通路会随应变会发生显著变化，从而使得弯曲或者拉伸后电阻发生显著变化；并且所选衬底均为柔性，因此导电膜具有良好的柔韧性；同时，由于原材料成本低廉、制备工艺简便，因此还具有成本低的特点。本专利技术的有益效果是：通过简单易行的摩擦工艺步骤，可以制备出一种具有高应变因子的柔性电阻应变片，与目前的制备工艺相比，该技术具有简单易行的制备工艺、极短的工艺周期、以及较低的成本。附图说明图1(a)、图1(b)和图1(c)分别为实例1、实例4和实例7所制备的柔性电阻应变片的光学显微形貌。具体实施方式下面通过借助实施例更加详细地说明本专利技术，但以下实施例仅是说明性的，本专利技术的保护范围并不受这些实施例的限制。本专利技术实例提供的一种摩擦制备柔性电阻应变片的方法，其具体实施步骤为：(一)工艺准备：裁剪柔性衬底，并将其平铺于橡胶垫上作为目标基底层。(二)摩擦：用石墨块在(一)中的柔性衬底上进行摩擦，使石墨微片在柔性衬底上形成的导电网络，得到柔性电阻应变片。摩擦的压力为0.1～0.3MPa，摩擦次数为5～15次。(三)成型：剪下(二)中柔性衬底的中心区域即可获得柔性电阻应变片。实例：实例1步骤1，工艺准备：裁剪柔性石头纸，并将其平铺于橡胶垫上作为目标基底层。步骤2，摩擦：用石墨块在步骤1中的柔性石头纸上进行摩擦。摩擦的压力为0.1MPa，摩擦次数为15次。步骤3，成型：剪下步骤2中石头纸的中心区域即可获得柔性电阻应变片。采用数字万用表测试无应变时的初始电阻(R0)和应变(ε)为0.1％时的电阻(R)，利用应变因子(GF)计算公式：GF＝(R-R0)/ε，可计算出，柔性电阻应变片性能如下：应变0.1％时的应变因子为626。与目前已见论文或专利报道的技术或方法相比，该实例在应变仅仅只有0.1％的条件下应变因子可高达626，位于各类技术或方法的最前列，说明该摩擦法是一种非常优异的制备柔性电阻应变片的方法。其微观形貌如图1(a)所示。实例2步骤1，工艺准备：裁剪柔性石头纸，并将其平铺于橡胶垫上作为目标基底层。步骤2，摩擦：用石墨块在步骤1中的柔性石头纸上进行摩擦。摩擦的压力为0.3MPa，摩擦次数为5次。步骤3，成型：剪下步骤2中石头纸的中心区域即可获得柔性电阻应变片。采用数字万用表测试无应变时的初始电阻(R0)和应变(ε)为0.1％时的电阻(R)，利用应变因子(GF)计算公式：GF＝(R-R0)/ε，可计算出，柔性电阻应变片性能如下：应变0.1％时的应变因子为36。实例3步骤1，工艺准备：裁剪柔性石头纸，并将其平铺于橡胶垫上作为目标基底层。步骤2，摩擦：用石墨块在步骤1中的柔性石头纸上进行摩擦。摩擦的压力为0.2MPa，摩擦次数为10次。步骤3，成型：剪下步骤2中石头纸的中心区域即可获得柔性电阻应变片。采用数字万用表测试无应变时的初始电阻(R0)和应变(ε)为0.1％时的电阻(R)，利用应变因子(GF)计算公式：GF＝(R-R0)/ε，可计算出，柔性电阻应变片性能如下：应变0.1％时的应变因子为153。实例4步骤1，工艺准备：裁剪金相砂纸，并将其平铺于橡胶垫上作为目标基底层。步骤2，摩擦：用石墨块在步骤1中的金相砂纸上进行摩擦。摩擦的压力为0.1MPa，摩擦次数为15次。步骤3，成型：剪下步骤2中石头纸的中心区域即可获得柔性电阻应变片。采用数字万用表测试无应变时的初始电阻(R0)和应变(ε)为0.1％时的电阻(R)，利用应变因子(GF)计算公式：GF＝(R-R0)/ε，可计算出，柔性电阻应变片性能如下：应变0.1％时的应变因子为1036。与目前已见论文或专利报道的技术或方法相比，该实例在应变仅仅只有0.1％的条件下应变因子可高达1036，位于各类技术或方法的最前列，说明该摩擦法是一种非常优异的制备柔性电阻应变片的方法。其微观形貌如图1(b)所示。实例5步骤1，工艺准备：裁剪金相砂纸，并将其平铺于橡胶垫上作为目标基底层。步骤2，摩擦：用石墨块在步骤1中的金相砂纸上进行摩擦。摩擦的压力为0.3MPa，摩擦次数为5次。步骤3，成型：剪下步骤2中石头纸的中心区域即可获得柔性电阻应变片。采用数字万用表测试无应变时的初始电阻(R0)和应变(ε)为0.1％时的电阻(R)，利用应变因子(GF)计算公式：GF＝(R-R0)/ε，可计算出，柔性电阻应变片性能如下：应变0.1％时的应变因子为89。实例6步骤1，工艺准备：裁剪金相砂纸，并将其平铺于橡胶垫上作为目标基底层。步骤2，摩擦：用石墨块在步骤1中的金相砂纸上进行摩擦。摩擦的压力为0.2MPa，摩擦次数为10次。步骤3，成型：剪下步骤2中石头纸的中心区域即可获得柔性电阻应变片。采用数字万用表测试无应变时的初始电阻(R0)和应变(ε)为0.1％时的电阻(R)，利用应变因子(GF)计算公式：GF＝(R-R0)/ε，可计算出，柔性电阻应变片性能如下：应变0.1％时的应变因子为535。与目前已见论文或专利报道的技术或方法相比，该实例在应变仅仅只有0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦制备高应变因子柔性电阻应变片的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将柔性衬底平铺在弹性体上；(2)用石墨块在柔性衬底上进行摩擦，生成附着在柔性衬底上的石墨微片层，形成渗流导电面，得到柔性电阻应变片。

【技术特征摘要】
1.一种摩擦制备高应变因子柔性电阻应变片的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将柔性衬底平铺在弹性体上；(2)用石墨块在柔性衬底上进行摩擦，生成附着在柔性衬底上的石墨微片层，形成渗流导电面，得到柔性电阻应变片。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧剑锋，曾志康，喻研，叶镭，宋永明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42