一种仿生裂纹保护结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种仿生裂纹保护结构及其制备方法。方法包括：基底层；设置在所述基底层上的导电层以及设置在所述导电层上的保护层；所述导电层上预制有裂纹；所述基底层上设置有与所述导电层上的裂纹相一致的裂纹；所述保护层的硬度小于导电层的硬度，所述导电层的硬度小于基底层的硬度。所述仿生裂纹保护结构的制备方法包括步骤：提供一载玻片；在所述载玻片上沉积基底层，在所述基底层上沉积导电层，再在所述基底层以及导电层上制备出裂纹；将模具放置在所述导电层上，将柔性材料加入所述模具内，成膜后去除模具，得到保护层，并与多级基底相配合组成仿生裂纹保护结构。在裂纹受到外力作用时能有效阻碍裂纹进一步的扩展，同时，也可以防止小颗粒异物进入裂纹，避免裂纹受到破坏。

A bionic crack protection structure and its preparation method

The invention relates to a bionic crack protection structure and a preparation method thereof. The method comprises: a base layer; a conductive layer arranged on the base layer and a protective layer arranged on the conductive layer; a crack is prefabricated on the conductive layer; a crack consistent with the crack on the conductive layer is arranged on the base layer; the hardness of the protective layer is smaller than that of the conductive layer, and the hardness of the conductive layer is smaller than that of the base layer. The preparation method of the bionic crack protection structure comprises the following steps: providing a slide; depositing a base layer on the slide, depositing a conductive layer on the base layer, and then preparing cracks on the base layer and the conductive layer; placing the mold on the conductive layer, adding the flexible material into the mold, removing the mold after film formation, obtaining the protective layer, and connecting with the multi-stage The bionic crack protection structure is composed of the substrate. When the crack is affected by external force, it can effectively prevent the further expansion of the crack, at the same time, it can also prevent the small particles from entering the crack and avoid the crack from being damaged.

【技术实现步骤摘要】
一种仿生裂纹保护结构及其制备方法
本专利技术涉及裂纹防护
，尤其涉及一种仿生裂纹保护结构及其制备方法。
技术介绍
目前，柔性应变传感器被广泛地应用于电子产品、医疗器械以及智能家居设备中。而具有裂纹结构的柔性应变传感器，因其结构简单，灵敏度高等特点，受到了广泛的关注。对于裂纹传感器来说，裂纹起到了至关重要的作用，能显著的提高传感器的灵敏性。但裂纹本身作为一种工程缺陷，并不是偶然。其在受到外力时，极易进一步扩展，甚至导致整个部件的断裂，造成巨大的损失。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种仿生裂纹保护结构及其制备方法，旨在解决现有的裂纹结构易发生疲劳断裂的问题。其中，疲劳断裂主要有两种形式：(1)在交变载荷作用下新裂纹的萌生；(2)在交变载荷作用下已有裂纹的进一步扩展。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供一种仿生裂纹保护结构，其中，包括：基底层；设置在所述基底层上的导电层以及设置在所述导电层上的保护层；所述导电层上预制有裂纹；所述基底层上设置有与所述导电层上的裂纹相一致的裂纹；所述保护层的硬度小于导电层的硬度，所述导电层的硬度小于基底层的硬度。优选地，所述的仿生裂纹保护结构，所述基底层由n层薄膜构成，从下至上所述n层薄膜的每一层的硬度依次降低，其中，n小于等于15。优选地，所述的仿生裂纹保护结构，所述保护层的材料为柔性聚合物，所述柔性聚合物选自环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、热塑性聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种。第二方面，本专利技术实施例还提供一种仿生裂纹保护结构的制备方法，所述方法包括步骤：提供一载玻片；在所述载玻片上沉积基底层，在所述基底层上沉积导电层，再在所述基底层以及导电层上制备出裂纹；将模具放置在所述导电层上，将柔性材料加入所述模具内，成膜后去除模具，得到保护层，并与多级基底相配合组成仿生裂纹保护结构。优选地，所述的仿生裂纹保护结构的制备方法，所述模具材料为金属铝。优选地，所述的仿生裂纹保护结构的制备方法，所述模具的厚度为0.05-0.5mm。优选地，所述的仿生裂纹保护结构的制备方法，所述步骤在载玻片上沉积基底层，具体包括：选择第一环氧树脂，将第一环氧树脂利用旋涂机在所述载玻片上旋涂，烘烤后得到一级薄膜；选择第二环氧树脂，将第二环氧树脂利用旋涂机在所述一级薄膜上旋涂，烘烤后得到二级薄膜；选择聚二甲基硅氧烷，将聚二甲基硅氧烷利用旋涂机在所述二级薄膜上旋涂，烘烤后得到三级薄膜；所述一级薄膜的硬度大于所述二级薄膜的硬度。优选地，所述的仿生裂纹保护结构的制备方法，所述烘烤的温度为30-70℃。优选地，所述的仿生裂纹保护结构的制备方法，所述柔性材料的粘度为7000-10000CST。优选地，所述的仿生裂纹保护结构的制备方法，所述柔性材料的颗粒度为300-600um。有益效果：本专利技术通过借助仿生学，制备一种裂纹保护结构，所制备的裂纹保护结构包括在基底上形成结合性良好的分层结构，以及在导电层上形成柔性保护层。在裂纹受到外力作用时能有效阻碍裂纹进一步的扩展，同时，也可以防止小颗粒异物进入裂纹，避免裂纹受到破坏。附图说明图1是蝎子缝感受器上膜弯曲变形的SEM图。图2是蝎子缝感受器裂纹俯视SEM图。图3是缝感受器内部结构表征的垂直截面SEM图。图4是蝎子缝感受器挤压状态下垂直截面SEM图。图5是蝎子缝感受器拉伸状态下垂直截面SEM图。图6是本专利技术实施例提供的仿生裂纹保护结构的结构示意图。图7是本专利技术实施例提供的仿生裂纹保护结构基底层分层结构示意图。图8是是蝎子缝感受器裂纹偏转垂直截面SEM图。图9是本专利技术实施例提供的仿生裂纹保护结构制备方法流程图。图10是本专利技术实施例提供的仿生裂纹保护结构制备方法中基底层制备的流程图。图11是本专利技术实施例提供的模具结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1-5所示，其为蝎子缝感受器在不同状态下的SEM图，从图中可以看出，蝎子缝感受器具有多级分层结构，蝎子的裂纹并不是直接暴露在空气中的，而是有一层薄膜覆盖，薄膜与裂纹区构成一级分层结构。根据仿生蝎子裂纹结构，本专利技术公开了一种仿生裂纹保护结构，如图6所示，其包括：基底层10；设置在所述基底层10上的导电层20以及设置在所述导电层20上的保护层30；所述导电层20上预制有裂纹；所述基底层10上设置有与所述导电层20上的裂纹相一致的裂纹；所述保护层30的硬度小于导电层20的硬度，所述导电层20的硬度小于基底层10的硬度。具有裂纹结构的柔性传感器，因其结构简单，灵敏度高等特点，广泛用于电子产品、医疗器械及智能家居设备中。但裂纹本身作为一种工程缺陷，在受到外力时，极易进一步扩展，甚至导致整个部件的断裂。本专利技术借助于仿生学，根据蝎子的缝感受器的裂纹保护结构原理，提供了一种仿生裂纹保护结构，通过将裂纹保护结构设置为分层结构，即在裂纹层上设置柔性保护层形成明显的分层现象，且裂纹层与柔性保护层的弹性模量以及弯曲强度存在显著差异。正是这种显著差异，构成了裂纹的保护结构。具体来说，首先是上薄膜(柔性保护层)的保护作用。当受到的应力较小不足以引起裂纹扩展时，上薄膜跟随裂纹间隙的增大缩小而舒张折叠。在裂纹受到较大拉应力时，上薄膜以较小的拉应力变形，降低裂纹尖端应力场强度，分散集中在裂纹尖端的应力，从而起到阻碍裂纹扩展的效果。在裂纹受到较大压应力时，上薄膜折叠在裂纹中，起到缓冲作用，防止较硬的裂纹两侧直接接触，造成损伤。同时上薄膜还可以防止细小颗粒落入裂纹，破坏整体结构。在一种或多种实施方式中，所述基底层由n层薄膜构成，所述n层薄膜的每一层的硬度从底到上依次降低，其中，n小于等于15。具体来说，如图7所示，基底层10包括6层，从底至上依次是一级基底(膜层)、二级基底(膜层)、三级基底(膜层)、四级基底(膜层)、五级基底(膜层)、六级基底(膜层)。由于将基底层设置为6层，在上述6层材料中，裂纹的扩展会在每层材料中发生偏转，如图8所示，这比在均匀材料中的裂纹扩展需要更多的能量。因此，本实施例中的分层结构能够阻碍裂纹进一步的扩展。进一步，在一定的膜厚下，基底层的层数越多越有利于阻止裂纹的扩展，基底层的层数越多意味着单层膜的膜厚也越薄，对成膜的技术要求越高，基底层的层数设置要结合具体的情况进行设置。如图7所示，通过利用裂纹的弹性模量分布，分析其优异的抗裂性能，计算夹在两个块体之间的角质层的复合弹性模量，来解释分层结构抗裂机理。其中Ec为裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生裂纹保护结构，其特征在于，包括：基底层；设置在所述基底层上的导电层以及设置在所述导电层上的保护层；所述导电层上预制有裂纹；所述基底层上制备有与所述导电层上的裂纹相一致的裂纹；所述保护层的硬度小于导电层的硬度，所述导电层的硬度小于基底层的硬度。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿生裂纹保护结构，其特征在于，包括：基底层；设置在所述基底层上的导电层以及设置在所述导电层上的保护层；所述导电层上预制有裂纹；所述基底层上制备有与所述导电层上的裂纹相一致的裂纹；所述保护层的硬度小于导电层的硬度，所述导电层的硬度小于基底层的硬度。


2.根据权利要求1所述的仿生裂纹保护结构，其特征在于，所述基底层由n层薄膜构成，从下至上所述n层薄膜的每一层的硬度依次降低，其中，n小于等于15。


3.根据权利要求1所述的仿生裂纹保护结构，其特征在于，所述保护层的材料为柔性聚合物，所述柔性聚合物选自环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、热塑性聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种。


4.一种如权利要求1所述的仿生裂纹保护结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
提供一载玻片；
在所述载玻片上沉积基底层，在所述基底层上沉积导电层，再在所述基底层以及导电层上制备出裂纹；
将模具放置在所述导电层上，将柔性材料加入所述模具内，成膜后去除模具，得到仿生裂纹保护结构。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志武，孟宪存，王可军，张俊秋，张昌超，李玉姣，刘林鹏，孙涛，王大凯，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22