一种基于碳纳米复合材料的应变片和应变传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于碳纳米复合材料的应变片和应变传感器，该应变片包括矩形状基片、设置在基片上表面上的茸毛状碳纳米墙、设置在碳纳米墙上的若干碳纳米管和连接在碳纳米墙两端的电极，所述基片为柔性绝缘体，所述基片的上表面和碳纳米墙呈谐波状，所述碳纳米管直立设置于碳纳米墙上，所述碳纳米管的长度约为1‑10μm，所述若干碳纳米管的分布密度为每平方微米1000‑5000根。本发明专利技术通过在柔性基片上设置谐波状的碳纳米墙并在碳纳米墙设置若干碳纳米管，在产生弯曲形变时可改变碳纳米管的搭接位置和搭接密度，使得导电的有效长度发生变化，即产生电阻值的变化，从而精准监测到被测物体的弯曲形变。

A strain gauge and strain sensor based on carbon Nanocomposites

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纳米复合材料的应变片和应变传感器
本专利技术涉及传感
，特别涉及一种应变片和应变传感器。
技术介绍
应变传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为应变片，它是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。目前的应变片大多采用敏感栅结构的电阻元件来感应形变，其材质一般为金属或半导体，其灵敏度和监测精度不够理想。碳纳米材料技术的研究是近年来相当活跃的话题，其中二维碳纳米材料-石墨烯在光学、电学、力学上展现的优异特性，为材料学、生物医学等方面提供了堪称“改革式”的应用前景，基于石墨烯材料的柔性，将其运用于应变片的设计，可大大提升应变传感器的性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于碳纳米复合材料的应变片，其结构巧妙、电阻值随形变变化灵敏、对于弯曲形变的测量精度高。本专利技术还提供一种包含该基于碳纳米复合材料的应变片的应变传感器。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了以下技术方案：一种基于碳纳米复合材料的应变片，包括矩形状基片、设置在基片上表面上的茸毛状碳纳米墙、设置在碳纳米墙上的若干碳纳米管和连接在碳纳米墙两端的电极，所述基片为柔性绝缘体，所述基片的上表面和碳纳米墙呈谐波状，所述碳纳米管直立设置于碳纳米墙上，所述碳纳米管的长度约为1-10μm，所述若干碳纳米管的分布密度为每平方微米1000-5000根。本专利技术一种基于碳纳米复合材料的应变片，通过在柔性基片上设置谐波状的碳纳米墙并在碳纳米墙设置若干碳纳米管，在产生弯曲形变时可改变碳纳米管的搭接位置和搭接密度，使得导电的有效长度发生变化，即产生电阻值的变化，从而精准监测到被测物体的弯曲形变。碳纳米管的长度和分布密度设计，既能保证导电效果，又易于加工制备。作为优选，所述基片的材质为PDMS硅胶，有利于碳纳米墙的设置和弯曲形变监测。作为优选，所述碳纳米墙通过化学气相沉积法制得，与基片结合较好。作为优选，所述碳纳米墙的厚度为0.5-2μm，可保证监测效果。作为优选，所述碳纳米墙的波峰到波谷垂直距离为15-20μm，一个谐波周期长度为20-40μm，使得对细微形变进行高灵敏度监测。作为优选，所述若干碳纳米管通过化学气相沉积法制得，与碳纳米墙结合较好。作为优选，所述若干碳纳米管均布设置于碳纳米墙上，可提高监测的精确性。作为优选，所述电极为薄片金属。一种应变传感器，包括上述的基于碳纳米复合材料的应变片。与现有技术相比，本专利技术一种基于碳纳米复合材料的应变片和应变传感器的有益效果：通过在柔性基片上设置谐波状的碳纳米墙并在碳纳米墙设置若干碳纳米管，在产生弯曲形变时可改变碳纳米管的搭接位置和搭接密度，使得导电的有效长度发生变化，即产生电阻值的变化，从而精准监测到被测物体的弯曲形变。本专利技术结构设计巧妙、电阻值随形变变化灵敏、对于弯曲形变的测量精度高，具有显著的进步意义。附图说明：图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中的基片结构示意图。图3为本专利技术向上弯曲时的结构示意图。图4为本专利技术向下弯曲时的结构示意图。其中，图中标记：1为基片，2为碳纳米墙，3为碳纳米管，4为电极。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1-图4所示，本专利技术一种基于碳纳米复合材料的应变片，包括矩形状基片1、设置在基片1上表面上的茸毛状碳纳米墙2、设置在碳纳米墙2上的若干碳纳米管3和连接在碳纳米墙2两端的电极4，所述基片1为柔性绝缘体，所述基片1的上表面和碳纳米墙2呈谐波状，所述碳纳米管3直立设置于碳纳米墙2上，所述碳纳米管3的长度约为1-10μm，所述若干碳纳米管3的分布密度为每平方微米1000-5000根。如图1-图4所示，本专利技术一种基于碳纳米复合材料的应变片中，所述基片1的材质为PDMS硅胶，所述碳纳米墙2通过化学气相沉积法制得，所述碳纳米墙2的厚度为0.5-2μm，所述碳纳米墙2的波峰到波谷垂直距离为15-20μm，一个谐波周期长度为20-40μm，所述若干碳纳米管3通过化学气相沉积法制得，所述若干碳纳米管3均布设置于碳纳米墙2上，所述电极4为薄片金属。如图1-图4所示，本专利技术一种基于碳纳米复合材料的应变片，在正常状态下（即不发生任何形变），所述碳纳米墙2波谷两侧的碳纳米管3相互接触点较为稀疏、分散，应变片的电阻值为一固定值Rx。当应变片受外力作用、产生向上或向下的形变时，电阻值会发生一定的变化，具体为：当应变片发生向上形变时，在所述碳纳米墙2波谷处碳纳米管3相互“密集接触”，产生较之正常状态更多的连接通道，同时其导电的有效长度开始减少，根据电阻定律可得，此时的电阻值Rx也因此而变小；反之，当应变片发生向上形变时，在所述碳纳米墙2波谷处碳纳米管3间的接触部分开始减少，较之正常状态，更为稀疏，所以其导电有效长度开始增加，根据电阻定律可得，此时电阻值Rx因此变大。如图1-图4所示，本专利技术一种应变传感器，包括上述的基于碳纳米复合材料的应变片，还包括引线、壳体等部件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳纳米复合材料的应变片，其特征在于：包括矩形状基片（1）、设置在基片（1）上表面上的茸毛状碳纳米墙（2）、设置在碳纳米墙（2）上的若干碳纳米管（3）和连接在碳纳米墙（2）两端的电极（4），所述基片（1）为柔性绝缘体，所述基片（1）的上表面和碳纳米墙（2）呈谐波状，所述碳纳米管（3）直立设置于碳纳米墙（2）上，所述碳纳米管（3）的长度约为1-10μm，所述若干碳纳米管（3）的分布密度为每平方微米1000-5000根。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米复合材料的应变片，其特征在于：包括矩形状基片（1）、设置在基片（1）上表面上的茸毛状碳纳米墙（2）、设置在碳纳米墙（2）上的若干碳纳米管（3）和连接在碳纳米墙（2）两端的电极（4），所述基片（1）为柔性绝缘体，所述基片（1）的上表面和碳纳米墙（2）呈谐波状，所述碳纳米管（3）直立设置于碳纳米墙（2）上，所述碳纳米管（3）的长度约为1-10μm，所述若干碳纳米管（3）的分布密度为每平方微米1000-5000根。


2.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米复合材料的应变片，其特征在于：所述基片（1）的材质为PDMS硅胶。


3.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米复合材料的应变片，其特征在于：所述碳纳米墙（2）通过化学气相沉积法制得。


4.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米复合材料的应变片，其特征在于：所述碳纳米墙（2）的厚度为0.5-2μm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：魏大鹏，李楠，易元榜，
申请(专利权)人：重庆中科希腾科技有限公司，重庆石墨烯研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50