高分子聚合物基电阻型力学传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高分子聚合物基电阻型力学传感器，包括：引线端子，电极层和纤毛结构层；其中所述的引线端子一端连接电源，另一端连接处理电路；所述的纤毛结构层为双层结构，由掺杂了磁性颗粒和导电物质的高分子聚合物在磁场下固化制备而成，通过两层结构在压力或剪切力作用下产生形变导致纤毛之间微小接触的变化，从而使传感器两端的电阻产生变化；电极层为电的良导体，分别配置在纤毛结构层的两侧，用于连接引线端子和纤毛结构层。本发明专利技术提供的力学传感器材料低廉，制备工艺简单，测试方法简单，降低了实施成本，提高了实施效率。

Resistive Mechanical Sensor Based on Polymer and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
高分子聚合物基电阻型力学传感器及制备方法
本专利技术涉及一种力学传感器，尤其涉及一种高分子聚合物基电阻型力学传感器及其制备方法。
技术介绍
现有技术中通常使用光刻、激光切割、微加工等工艺制备压力传感器，但上述工艺存在复杂，耗时且价格高昂等缺点，很难使用在成本受限的工程项目或实验科普的环境中，因此亟需研制一款价格低廉，制备方法简单的力学传感器。
技术实现思路
本专利技术公开了一种高分子聚合物基电阻型力学传感器，包括：引线端子，电极层和纤毛结构层；其中所述的引线端子一端连接电源，另一端连接处理电路；所述的纤毛结构层为双层结构，由掺杂了磁性颗粒和导电物质的高分子聚合物在磁场下固化制备而成，通过两层结构在压力或剪切力作用下产生形变导致纤毛之间微小接触的变化，从而使传感器两端的电阻产生变化；电极层为电的良导体，分别配置在纤毛结构层的两侧，用于连接引线端子和纤毛结构层。所述的纤毛结构层的纤毛长度介于10微米到20毫米之间，为高分子基体中混入磁性颗粒和导电物质的高分子聚合物，其中所述的磁性颗粒包括含铁、钴、镍和/或其组合形成的合金的微纳米粒子；所述的导电粒子包括炭黑，碳纳米管，银，金，铜，铂，镍微纳米颗粒或纳米线或者其组合的共混物；所述的高分子基体包括硅橡胶、天然橡胶、聚氨酯、丙烯酸树脂、顺丁橡胶或者其组合的共混物。在本专利技术的实施例中，该高分子聚合物可以在磁场的作用下穿过有孔模具，形成纤毛，然后经过静置固化为纤毛结构层。在本专利技术的另一个实施例中，还可以将该高分子聚合物溶解到聚合物良性有机溶剂中，然后使用喷瓶，喷笔或喷枪等装置将混合液形成液滴气雾，喷在电极层上，气雾在磁铁或电磁铁产生的磁场引导下形成纤毛，然后经过静置固化为纤毛结构层，其中，所述的有机溶剂包括甲苯，氯仿，环己烷，正己烷或者其组合的共混物。在本专利技术的另一个实施例中，还可以将磁性高分子聚合物均匀地铺在电极层上，然后将上述铺层从磁铁或电磁铁的一侧或正上方移入磁铁或电磁铁磁场区域内，在磁场的作用下形成纤毛，然后经过静置固化为纤毛结构层。纤毛结构层为双层结构，上下两层互为倒置，咬合在一起，当所述的电极层两端发生压力或剪切力变化时，所述的纤毛结构层上下两层发生形变产生接触的面积的变化，导致所述引线端子两端的电阻发生变化。本专利技术提供的力学传感器材料低廉，制备工艺简单，测试方法简单，降低了实施成本，提高了实施效率。附图说明图1为本专利技术实施例的高分子聚合物基电阻型力学传感器内纤毛结构层的结构示意图。图2为本专利技术实施例的的高分子聚合物基电阻型力学传感器整体结构示意图。图3为图2所示装置的简单制作方法示意图。图4为图2所示装置的另一简单制作方法示意图。图5为图2所示装置的另一简单制作方法示意图。【附图标记说明】1纤毛结构层，2电极层，3引线端子，4磁性高分子聚合物，5模具，6磁铁或电磁铁，7喷瓶/喷笔/喷枪，8磁感应线具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种高分子聚合物基电阻型力学传感器，请参照图1，包括：纤毛结构层1，用于感受压力或剪切力的变化从而产生电阻的变化；电极层2，用于连接纤毛结构层；引线端子3，一端连接电源，另一端连接处理电路，其中所述的处理电路通常为放大器，模数转换器和包含CPU的处理系统。其中，所述的纤毛结构层1为掺杂了磁性颗粒和导电物质的高分子聚合物在磁场下固化制备而成，纤毛长度为10微米到20毫米之间，在本专利技术的实施例中，请参照图2，纤毛结构层1配置为两层，上下两层互为倒置，咬合在一起，当电极层2两端压力发生变化时，纤毛结构层1上下两层发生形变产生接触的面积的变化，导致纤毛结构层1的电阻发生变化，从而导致引线端子3两端电阻的变化。以下将例举数个高分子聚合物基电阻型力学传感器的详细制备方法，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。本领域技术人员应当知晓的是，下述的具体细节不应理解为对专利技术的限定。实施例1，请参照图3，将模具5，电极层2，引线端子3和磁铁或电磁铁6按照顺序依次放置在支撑架上，其中模具为有孔分布的模具；将磁性高分子聚合物5倒入有孔分布的模具上；在磁力作用下，磁性高分子聚合物从孔洞中流下形成纤毛；移除有孔分布的模具，使用表面光滑的平板多次按压纤毛，使所有纤毛均匀分布且高度均一；然后将其静置固化成型或加热固化成型；最后将两个上述制备好的装置上下互为倒置，咬合在一起。其中所述的磁性高分子聚合物包括磁性颗粒，导电粒子，高分子基体以及固化剂混合搅拌均匀形成；其中所述的磁性颗粒包括含铁、钴、镍及其合金的微纳米粒子；所述的导电粒子为炭黑，碳纳米管，银，金，铜，铂，镍微纳米颗粒或纳米线以及它们的共混物；所述的高分子基体为硅橡胶、天然橡胶、聚氨酯、丙烯酸树脂、顺丁橡胶以及他们的共混物。实施例2，请参照图4，将电极层2和引线端子3放置在磁铁或电磁铁6上；将磁性高分子聚合物溶到聚合物良性有机溶剂中，有机溶剂包括甲苯，氯仿，环己烷，正己烷或者其组合的共混物；使用喷瓶，喷笔或喷枪等装置将混合液形成液滴气雾，喷在电极层2上，气雾在磁铁或电磁铁6产生的磁场引导下形成纤毛；使用表面光滑的平板多次按压纤毛，使所有纤毛均匀分布且高度均一；然后将其静置固化成型或加热固化成型；最后将两个上述制备好的装置上下互为倒置，咬合在一起。实施例3，请参照图5，将磁性高分子聚合物均匀地铺在电极层2上；将上述铺层从磁铁或电磁铁的一侧或正上方移入磁铁或电磁铁6磁场区域内；使用表面光滑的平板多次按压纤毛，使所有纤毛均匀分布且高度均一；然后将其静置固化成型或加热固化成型；最后将两个上述制备好的装置上下互为倒置，咬合在一起。所述的纤毛结构层可以在磁场的控制下改变纤毛的刚度，从而可以改变受外力状态下纤毛之间的接触过程，导致传感系数的改变，因此纤毛结构层组成的传感器的测量范围也可以相应发生改变，适配多种工程或实验项目的测量范围。以上所述的具体实施例，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子聚合物基电阻型力学传感器，包括：引线端子，一端配置为连接电源，另一端配置为连接处理电路；纤毛结构层，包括双层结构，通过两层结构在压力或剪切力作用下产生形变导致电阻的变化；电极层，包括正极和负极，分别设置在纤毛结构层的两侧，用于连接引线端子和纤毛结构层。

【技术特征摘要】
1.一种高分子聚合物基电阻型力学传感器，包括：引线端子，一端配置为连接电源，另一端配置为连接处理电路；纤毛结构层，包括双层结构，通过两层结构在压力或剪切力作用下产生形变导致电阻的变化；电极层，包括正极和负极，分别设置在纤毛结构层的两侧，用于连接引线端子和纤毛结构层。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述的纤毛结构层包括磁性颗粒和导电物质的高分子聚合物。3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述的高分子聚合物包括：磁性颗粒，包括含铁、钴、镍和/或其组合形成的合金的微纳米粒子；导电粒子，包括炭黑，碳纳米管，银，金，铜，铂，镍微纳米颗粒或纳米线或者其组合的共混物；高分子基体，包括硅橡胶、天然橡胶、聚氨酯、丙烯酸树脂、顺丁橡胶或者其组合的共混物。4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述的纤毛结构层为双层结构，上下两层互为倒置，咬合在一起，当所述的电极层两端发生压力或剪切力变化时，所述的纤毛结构层上下两层发生形变产生接触的面积的变化，导致所述引线端子两端的电阻发生变化。5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述的纤毛结构层纤毛长度介于10微米到20毫米之间。6.根据权利要求1所述的传感器，其中所述的纤毛结构层纤毛的刚度配置为能在磁场的控制下进行改变，从而改变外力作用下纤毛之间的接触过程，导致传...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁丽，龚兴龙，宣守虎，王宇，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34