一种全碳气凝胶压力传感器制造技术

本发明专利技术提供一种全碳气凝胶压力传感器，属于传感器技术领域。其主体基于碳材料制备，组成单元包括：碳或碳基气凝胶弹性体；碳或碳基电极；碳或碳基导线；和电信号测量装置；所述的电信号测量为测量所述电极与碳气凝胶弹性体之间接触电信号及其变化。其中，所述碳气凝胶为弹性导电碳气凝胶；所述弹性导电碳气凝胶材料具有一定的导电性、具有良好的弹性并具有多孔网络结构。本发明专利技术提供的碳气凝胶压力传感器探测下限低、高灵敏度、可探测全向压力、质量轻、耐酸碱和盐腐蚀、使用温度范围宽，可应用于极端环境和空天领域。

【技术实现步骤摘要】
一种全碳气凝胶压力传感器
本专利技术涉及传感器
，特别涉及一种全碳气凝胶压力传感器。
技术介绍
压力是生产和生活中常需要进行测量或者进行动态监测的物理量，现有的常见的压力传感器有金属应变片压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、压电压力传感器以及半导体压力传感器等。这些压力传感器采用的敏感材料，比如钢铁、硅等具有高的杨氏模量和低的灵敏系数，从而导致这几类传感器对小压力的探测能力弱，也就是探测下限较高，高达数个kPa。近些年来发展的采用杨氏模量较小的掺入碳或者金属颗粒的导电橡胶作为敏感材料的新型压力传感器与传统的压力传感器相比，具有更低的探测下限，约100Pa，而10Pa左右对应人触觉上的轻轻的触碰，所此类传感器也无法和人的自然皮肤触觉探测下限相比拟。同时，传统的压力传感器结构单一；电极和敏感材料之间需要银胶等粘结剂来固定以减少界面接触电阻的影响，所以电极不能活动的，不能测量任意方向上的压力；尤其是传统的压力传感器有质量较重、对酸碱盐等恶劣环境、使用温度范围窄、无法在极端条件和航空领域应用等缺点，难以满足压力探测领域的需求的飞速发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出了一种探测下限低的、高灵敏度的、可探测全向压力、质量轻、耐腐蚀、使用温度范围宽和面向空间应用的压力传感器。特别地，本专利技术提供的一种碳基气凝胶压力传感器，其特征在于，其主体基于碳材料制备，组成单元包括：碳或碳基气凝胶弹性体(简称为碳气凝胶)；碳或碳基电极；碳或碳基导线；和电信号测量装置；所述的电信号测量为测量所述电极与所述气凝胶之间接触电信号及其变化。其中，所述碳或碳基气凝胶弹性体为弹性导电的碳或碳基气凝胶，具有一定的导电性、具有良好的弹性并具有多孔网络结构。其中，所述的碳气凝胶包括碳海绵；其中，所述的碳基气凝胶包括碳基复合气凝胶或碳基复合海绵。进一步地，当所述的传感器的测量电路导通时，所述电极和碳气凝胶之间直接接触；所述电极和碳气凝胶之间不存在任何粘结剂或者机械连接固定。进一步地，所述碳或碳基气凝胶(简称为碳气凝胶)的导电性良好；优选地，所述碳气凝胶的电导率大于0.01S/m。可选地，碳气凝胶的电导率范围包括0.01S/m-0.05S/m。可选地，碳气凝胶的电导率范围包括0.05S/m-0.1S/m。可选地，碳气凝胶的电导率范围包括0.1S/m-1S/m。可选地，碳气凝胶的电导率范围包括1S/m-45S/m。可选地，碳气凝胶的电导率范围包括45S/m-55S/m。可选地，碳气凝胶的电导率范围包括55S/m-100S/m。可选地，碳气凝胶的电导率范围包括100S/m-1000S/m。可选地，碳气凝胶的电导率范围包括大于1000S/m。进一步地，所述碳气凝胶在加载一定的压缩应变后能完全回复或者部分回复；优选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例可调。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括0.1-20％。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括20-40％。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括40％-60％。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括小于60％。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括大于等于60％。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括60-80％。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括70-90％。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括90-95.9％。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括96-99.9％。可选地，所述的碳气凝胶回复应变占加载应变的比例包括98.5-100％。进一步地，所述的碳气凝胶弹性应变的范围可调；可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括0.01-10％。可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括10-20％。可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括20％-40％。可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括40-60％。可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括小于60％。可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括大于等于60％。可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括60-90％。可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括90-95％。可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括96-99.9％。可选地，所述的碳气凝胶弹性应变范围包括98.5-100％。所述的碳气凝胶压力传感器，其特征在于，所述传感器的弹性体、电极和导线的材质的组成主体元素为碳元素；可选地，所述的弹性体、电极和导线材质为碳材料；可选地，所述的弹性体、电极和导线材质为碳基复合材料；。进一步地，所述碳气凝胶为有弹性的导电碳气凝胶；所述的弹性导电碳气凝胶的材质不限；可选地，所述碳气凝胶包括具有弹性的碳纳米管及其复合碳气凝胶；可选地，所述碳气凝胶包括具有弹性的石墨烯其复合碳气凝胶；可选地，所述碳气凝胶包括具有弹性的碳纤维及其复合碳气凝胶；可选地，所述的碳气凝胶包括具有弹性的其他碳材料的气凝胶及其复合气凝胶。进一步地,所述的碳气凝胶的孔隙率大于60％。可选地，所述碳气凝胶的孔隙率范围包括60％-70％。可选地，所述碳气凝胶的孔隙率范围包括60％-70％。可选地，所述碳气凝胶的孔隙率范围包括70％-80％。可选地，所述碳气凝胶的孔隙率范围包括80％-85％。可选地，所述碳气凝胶的孔隙率范围包括85％-90％。可选地，所述碳气凝胶的孔隙率范围包括大于90％。进一步地，所述碳气凝胶可为任意形状。优选的，可为球体、立方体、圆柱体、多边形柱体；不规则的几何体；任意形状的薄片、薄膜或者纤维等。弹性导电碳气凝胶尺寸上不限，最薄可达1纳米。弹性导电碳气凝胶维度上不限，可以为三维的块体状、二维的纳米片状和一维的纳米线状。进一步地，所述碳电极和碳导线为材质为碳材料，可为碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或者几种的复合材料。进一步地，所述位于碳气凝胶上的电极的位置和数目可任意改变；可选地，所述电极固定放置；可选地，所述电极自由放置；可选地，所述电极对称放置；可选地，所述电极不对称放置。可选地，所述电极可以放在碳气凝胶的内部，也可以放在碳气凝胶的外表面。进一步地，所述碳气凝胶压力传感器能探测一个或者多个方向上的压力。进一步地，所述电极的形态可以不限；可选地，电极为平板型；可选地，电极为探针型；可选地，电极可以直接用探测装置的电极，不需要外加新的电极。进一步地，所述碳气凝胶压力传感器输出的电信号是电流、电阻或者电压中的一种或几种。进一步地，所述的接触电信号为碳气凝胶和电极的接触界面的电信号，为接触面上的压力导致的电流、电阻或者电压及其变化中的一种或几种。所述的碳气凝胶和电极的接触界面个数可变；1)界面个数为0，当传感器处于初始状态时，电极和碳气凝胶可以暂时没产生接触，即0个接触面；2)界面个数为1，探测单个方向上的压力时，只存在一个接触面；3)界面个数为N(N>1，N为正整数)，探测N个方向上的压力，存在N个接触面。所述的碳气凝胶和电极的接触界面可根据实际需要，选择是否连入探测电路，即导通或者不导通；连入探测电路的界面可以测量压力；连入探测电路的界面数目小于等于接触界面数目。所述的探测的压力的施加方式不限；可选地，所述的压力可以通过和压力传感器接触的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全碳气凝胶压力传感器，其特征在于，其主体基于碳材料制备，组成单元主要包括：碳或碳基气凝胶弹性体；碳或碳基电极；碳或碳基导线；和电信号测量装置；所述的电信号测量为测量所述电极与所述气凝胶弹性体之间接触电信号及其变化。

【技术特征摘要】
2017.01.20 CN 20171004183361.一种全碳气凝胶压力传感器，其特征在于，其主体基于碳材料制备，组成单元主要包括：碳或碳基气凝胶弹性体；碳或碳基电极；碳或碳基导线；和电信号测量装置；所述的电信号测量为测量所述电极与所述气凝胶弹性体之间接触电信号及其变化。2.根据权利要求1所述的全碳气凝胶压力传感器，其特征在于，当所述的传感器的测量电路导通时，所述电极和碳气凝胶弹性体之间直接接触；可选地，所述电极和碳气凝胶弹性体之间不存在任何粘结剂。3.根据权利要求2所述的全碳气凝胶压力传感器，其特征在于，所述电极和碳气凝胶弹性体不存在机械连接固定。4.根据权利要求1所述的全碳气凝胶压力传感器，其特征在于，所述传感器的弹性体、电极和导线的材质的组成主体元素为碳元素；可选地，所述的弹性体、电极和导线材质为碳材料或者碳基复合材料，或者为二者...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖卓建，周维亚，王艳春，解思深，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11