一种仿生气流全向感知柔性传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种仿生气流全向感知柔性传感器及其制备方法，所述传感器包括：依次设置的柔性基底薄膜、柔弹性聚合物薄膜、导电层、微/纳米棒；所述柔弹性聚合物薄膜上形成有若干个发射状的仿生缝结构，所述导电层位于所述发射状的仿生缝结构内，所述微/纳米棒位于所述发射状的仿生缝结构的发射中心，所述微/纳米棒的弹性模量大于所述柔弹性聚合物薄膜的弹性模量。由于微/纳米棒位于所述发射状的仿生缝结构的发射中心，每个仿生缝结构代表一个方位。当微/纳米棒摆向某一个仿生缝结构时，该仿生缝结构的电阻会相应变化。通过各仿生缝结构对应的导电层的电阻变化可以得到气流的流动方向，通过电阻变化的大小可以得到气流的大小。

A bionic air flow omnidirectional sensing flexible sensor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种仿生气流全向感知柔性传感器及其制备方法
本专利技术涉及气体流速测量
，尤其涉及的是一种仿生气流全向感知柔性传感器及其制备方法。
技术介绍
目前常用的气体流速流向测量传感器可分为机械式流速流向传感器、热线式流速传感器、电磁式流速传感器、多普勒光学流速传感器、声学式流速传感器等。但是以上的流体流速传感器均存在一定的缺陷，如机械式流速流向传感器主要利用流体带动机械转子或者旋叶的旋转来测量流速的，而流向主要由磁敏器件通过磁性耦合作用感应方向。但是具有机械磨损不可忽视，低频低流速测量精度低等缺点。热线式流速传感器则是通过通电加热的电阻丝在流场中的散热导致热线温度变化而引起电阻变化，从而输出相应电信号。缺点是能量耗费大，探头由于长时间加热易损坏，对于流向测量只能测量一维的流向变化。因此，现有技术中气体流速测量的流向单一。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种仿生气流全向感知柔性传感器及其制备方法，旨在解决现有技术中气体流速测量的流向单一的问题。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种仿生气流全向感知柔性传感器，其中，包括：依次设置的柔性基底薄膜、柔弹性聚合物薄膜、导电层、微/纳米棒；所述柔弹性聚合物薄膜上形成有发射状的仿生缝结构，所述微/纳米棒位于所述发射状的仿生缝结构的发射中心，所述微/纳米棒的弹性模量大于所述柔弹性聚合物薄膜的弹性模量。所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其中，所述微/纳米棒的弹性模量是所述柔弹性聚合物薄膜的弹性模量的100倍以上。所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其中，所述柔性基底薄膜为聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜中的一种或多种。所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其中，所述柔弹性聚合物薄膜为绝缘柔弹性聚合物薄膜。所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其中，所述柔弹性聚合物薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜、橡胶薄膜、环氧树脂薄膜、水凝胶薄膜中的一种或多种。所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其中，所述导电层采用导电材料制成，所述导电材料包括：碳纳米粒子，金属纳米粒子，合金纳米粒子中的一种或多种；所述金属纳米粒子包括：金纳米粒子、银纳米粒子、铜纳米粒子；所述合金纳米粒子包括铝硼合金纳米粒子、铝铬合金纳米粒子、铁锰合金纳米粒子、铝铬钇合金纳米粒子、银铜钯合金纳米粒子。所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其中，所述发射状的仿生缝结构的横截面呈V形。所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其中，所述微/纳米棒呈竖直毛杆状，所述微/纳米棒的长径比为50-150。一种如上述任意一项所述的仿生气流全向感知柔性传感器的制备方法，其中，包括以下步骤：提供一柔性基底薄膜；在所述柔性基底薄膜上依次制备柔弹性聚合物薄膜，并在所述柔弹性聚合物薄膜的发射状的仿生缝结构内制备导电层；在所述导电层上所述发射状的仿生缝结构的发射中心制备微/纳米棒得到所述仿生气流全向感知柔性传感器。所述的仿生气流全向感知柔性传感器的制备方法，其中，所述在所述导电层上所述发射状的仿生缝结构的发射中心制备微/纳米棒得到所述仿生气流全向感知柔性传感器，包括：在所述导电层上制备掩膜版，通过水热反应在所述导电层上所述发射状的仿生缝结构的发射中心生长微/纳米棒得到所述仿生气流全向感知柔性传感器。有益效果：由于微/纳米棒位于所述发射状的仿生缝结构的发射中心，每个仿生缝结构代表一个方位。当微/纳米棒摆向某一个仿生缝结构时，该仿生缝结构的电阻会相应变化。通过各仿生缝结构对应的导电层的电阻变化可以得到气流的流动方向，通过电阻变化的大小可以得到气流的大小。附图说明图1是本专利技术中仿生气流全向感知柔性传感器的制备方法的流程图。图2是本专利技术中仿生气流全向感知柔性传感器的侧视图。图3是本专利技术中仿生气流全向感知柔性传感器的俯视图。图4是本专利技术中仿生气流全向感知柔性传感器检测气流的示意图。图5是本专利技术中仿生缝结构的刨面图。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。请同时参阅图2-图5，本专利技术提供了一种仿生气流全向感知柔性传感器的一些实施例。在自然界中，生物通常都具有一些优异的感受器生理结构，可以实现多种感知功能，如化学感知、触觉感知、振动感知等等。其中广为人所知的一个典型感受器便是节肢生物身上的毛发结构。这种毛发结构特殊，区别于高等动物的毛发。这些节肢生物利用这些毛发结构感知空气的扰动，从而对周围环境进行检测。例如蝎子螯肢上的蛊毛，可以感知检测到0.1μm/s的空气流速，蟋蟀腿部的纤毛状结构可以感知到30μm/s的空气扰动，—种洞穴盲鱼，在长期生活在黑暗水域而丧失视力的情况下，仅仅通过分布于其身体侧线区域的神经丘内的毛发结构，就可分辨出水流中毫米级别的障碍物。除此之外，这些生物上的毛发结构感受器同样可以实现分辨流体的流向。并且，大部分节肢生物体表的步足上都分布着一种振动感受器，其结构呈现为缝状，对周边的振动方向极具辨别、定位能力。结合毛状与缝状的生物感受器结构，这为设计制造仿生高灵敏传感器提供了天然的生物蓝本。如图2-图3所示，本专利技术的一种仿生气流全向感知柔性传感器，包括：依次设置的柔性基底薄膜1、柔弹性聚合物薄膜2、导电层3、微/纳米棒4；所述柔弹性聚合物薄膜2上形成有若干个发射状的仿生缝结构，所述导电层位于所述发射状的仿生缝结构内，所述微/纳米棒4位于所述发射状的仿生缝结构的发射中心，所述微/纳米棒4的弹性模量大于所述柔弹性聚合物薄膜2的弹性模量。值得说明的是，如图4所示，当测试流速为V的气流时，气流对微/纳米棒4的作用可以简化为一个外力F作用在微/纳米棒4的顶端，使微/纳米棒4绕着支点进行偏转。由于微/纳米棒4的弹性模量大于柔弹性聚合物薄膜2的弹性模量，在外力的作用下微/纳米棒4会发生摆动，而不会发生扰曲偏转。微/纳米棒4的弹性模量与柔弹性聚合物薄膜2的弹性模量之间的差异性越大，越容易发生摆动，而不是发生扰曲偏转。例如，所述微/纳米棒4的弹性模量是所述柔弹性聚合物薄膜2的弹性模量的100倍以上，增加微/纳米棒4与柔弹性聚合物薄膜2之间的弹性模量的差异。两种材料之间的弹性模量巨大差异性下，使得微/纳米棒4的摆动角θ相比与扰曲偏转的偏转角更大。也就是说，具有较大弹性模量的微/纳米棒4在受流体作用时会将外力几乎全部转移到柔弹性聚合物薄膜2上，在微/纳米棒4自身上的损失(自身弯曲形变)很少，可忽略不计，从而提高测量精度与灵敏度。由力矩平衡可得：FLcosθ＝M1其中，L为微/纳米棒4的长度，M1为柔弹性聚合物薄膜2对微/纳米棒4的力矩。根据力的作用是相互的原理，微/纳米棒4对柔弹性聚合物薄膜2的力矩同样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生气流全向感知柔性传感器，其特征在于，包括：依次设置的柔性基底薄膜、柔弹性聚合物薄膜、导电层、微/纳米棒；所述柔弹性聚合物薄膜上形成有若干个发射状的仿生缝结构，所述导电层位于所述发射状的仿生缝结构内，所述微/纳米棒位于所述发射状的仿生缝结构的发射中心，所述微/纳米棒的弹性模量大于所述柔弹性聚合物薄膜的弹性模量。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿生气流全向感知柔性传感器，其特征在于，包括：依次设置的柔性基底薄膜、柔弹性聚合物薄膜、导电层、微/纳米棒；所述柔弹性聚合物薄膜上形成有若干个发射状的仿生缝结构，所述导电层位于所述发射状的仿生缝结构内，所述微/纳米棒位于所述发射状的仿生缝结构的发射中心，所述微/纳米棒的弹性模量大于所述柔弹性聚合物薄膜的弹性模量。


2.根据权利要求1所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其特征在于，所述微/纳米棒的弹性模量是所述柔弹性聚合物薄膜的弹性模量的100倍以上。


3.根据权利要求1所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其特征在于，所述柔性基底薄膜为聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其特征在于，所述柔弹性聚合物薄膜为绝缘柔弹性聚合物薄膜。


5.根据权利要求4所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其特征在于，所述柔弹性聚合物薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜、橡胶薄膜、环氧树脂薄膜、水凝胶薄膜中的一种或多种。


6.根据权利要求1所述的仿生气流全向感知柔性传感器，其特征在于，所述导电层采用导电材料制成，所述导电材料包括：碳纳米粒子，金属纳米粒子，合金纳米粒子中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志武，刘林鹏，张俊秋，牛士超，侯涛，孙涛，张昌超，孟宪存，刘振宁，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22