一种水凝胶应变传感器的测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公布了一种水凝胶应变传感器的测试装置，包括材料试验机、电化学工作站和连接它们的导线，其特征在于，所述材料试验机包含拉伸夹具和压缩夹具两种夹具，其中：所述拉伸夹具包括上拉伸夹具和下拉伸夹具，上、下拉伸夹具均由一对平行相对的拉伸夹片组成，每个拉伸夹片由一个不锈钢片和一个橡胶片粘接而成，其中每对拉伸夹片相对的一面为橡胶片，外侧面为不锈钢片；所述压缩夹具包括两个压缩盘，每个压缩盘由一个不锈钢盘和一个硅胶盘粘接而成，两个压缩盘相对的一面为硅胶盘，向外的一面为不锈钢盘；所述电化学工作站至少具有四个电极。利用该装置能够简便且精确地对水凝胶在拉伸和压缩过程的应变—电阻数据进行实时同步测定。

A testing device for hydrogel strain sensor

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶应变传感器的测试装置
本技术涉及应变传感器应用领域，具体是一种水凝胶应变传感器的测试装置，包含测试水凝胶应变传感器拉伸传感性能和压缩传感性能的两种形式。
技术介绍
将机械应变信号转换为电阻信号的电阻式应变传感器在工业实践和电子设备中有着重要的应用。特别地，水凝胶应变传感器因在柔性可穿戴电子设备中有巨大的应用前景而受到广泛关注。得益于水凝胶具有高可拉伸性和可压缩性的优异机械性能，水凝胶应变传感器能够对伸长率超过3000％和压缩率超过99％的机械应变进行检测。因此，这对能够产生大应变的水凝胶传感器性能的测试装置提出了一定要求。然而，目前文献公开的水凝胶应变传感器性能的测试方法大都是靠人工手动操作来使水凝胶产生大应变，然后用半导体参数测量仪测试其电阻(Y.-Z.Zhang,etal.MXenesStretchHydrogelSensorPerformancetoNewLimits.Sci.Adv.2018,4,eaat0098；Y.Zhou,etal.HighlyStretchable,Elastic,andIonicConductiveHydrogelforArtificialSoftElectronics.Adv.Funct.Mater.2019,29,1806220.)。这种方法存在着测试仪器昂贵难于获得、操作自动化低、可测试的水凝胶应变范围小、水凝胶应变控制精度低以及难于对水凝胶的应变—电阻数据进行同步测定等缺点。
技术实现思路
本技术目的是解决目前水凝胶应变传感器性能测试方法存在的上述
技术介绍
中提到的问题，提供一种能够对水凝胶的应变传感器性能进行精确测定的简便易行的测试装置。本技术的技术方案如下：一种水凝胶应变传感器的测试装置，包括材料试验机、电化学工作站和连接它们的导线，其特征在于，所述材料试验机包含拉伸夹具和压缩夹具两种夹具，其中：所述拉伸夹具包括上拉伸夹具和下拉伸夹具，上、下拉伸夹具均由一对平行相对的拉伸夹片组成，每个拉伸夹片由一个不锈钢片和一个橡胶片粘接而成，其中每对拉伸夹片相对的一面为橡胶片，外侧面则为不锈钢片；所述压缩夹具包括两个压缩盘，每个压缩盘由一个不锈钢盘和一个硅胶盘粘接而成，两个压缩盘相对的一面为硅胶盘，向外的一面为不锈钢盘；所述电化学工作站至少具有四个电极。进一步的，上述测试装置中，组成所述拉伸夹片的不锈钢片和橡胶片优选为矩形，二者长宽一致，长度优选为25～50mm，宽度优选为25～50mm。橡胶片的厚度优选为1～4mm。优选的，组成所述压缩盘的不锈钢盘和硅胶盘为等直径的圆柱体，直径优选为30～80mm，其中不锈钢盘的高优选为15～40mm，硅胶盘的高优选为0.5～3.0mm。所述导线优选为粗铜线，例如直径0.1～1.0mm的铜线。该水凝胶应变传感器的测试装置在进行拉伸测试时采用形式I，即材料试验机装载上、下拉伸夹具，并用导线相应地与电化学工作站相连，其中，一根导线的一端固定在上拉伸夹具两个相对橡胶片的其中一个面上，另一端连接电化学工作站的两个电极；另一根导线的一端固定在下拉伸夹具两个相对橡胶片的其中一个面上，另一端连接电化学工作站的另两个电极。上下拉伸夹具从相互靠近到远离运动时，实现对水凝胶应变传感器的拉伸作业，同时用电化学工作站实时记录水凝胶应变传感器在拉伸过程中的电阻值。该水凝胶应变传感器的测试装置在进行压缩测试时采用形式II，即材料试验机装载压缩夹具，并用导线相应地与电化学工作站相连，其中，一根导线的一端固定在上压缩盘的硅胶盘表面，另一端连接电化学工作站的两个电极；另一根导线的一端固定在下压缩盘的硅胶盘表面，另一端连接电化学工作站的另两个电极。上下压缩夹具从相互远离到靠近运动时，实现对水凝胶应变传感器的压缩作业，同时用电化学工作站实时记录水凝胶应变传感器在压缩过程中的电阻值。水凝胶应变传感器的测试原理为：利用材料试验机能够获得水凝胶应变传感器在0～5000％拉伸应变和0～100％压缩应变范围内的时间—应变对应数据，利用电化学工作站可获得水凝胶应变传感器在10-1～1010Ω电阻范围内的时间—电阻对应数据，而用导线将两者连接起来便可同步获得水凝胶应变传感器的应变—电阻对应数据，从而实现对水凝胶应变传感器的拉伸传感和压缩传感性能的测定。其中，水凝胶应变传感器的测试装置的形式I可用于测试水凝胶应变传感器的拉伸传感性能，而它的形式II用于测试水凝胶应变传感器的压缩传感性能。本技术的水凝胶应变传感器的测试装置，与目前公开的测试装置相比的优点如下：1)本装置中所涉及的仪器普通易得，搭建简单容易，自动化程度高；2)本装置能够对水凝胶应变传感器在0～100％压缩应变和0～5000％拉伸应变的宽范围机械应变进行测定；3)本装置能够对水凝胶应变传感器的应变进行精确测量；4)本装置能够对水凝胶应变传感器在拉伸和压缩过程的应变—电阻数据进行实时同步测定。因此，本技术的水凝胶应变传感器的测试装置将在应变传感器领域具有独特的应用优势和广阔的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，对水凝胶应变传感器的测试装置进行简单的附图说明，但不应被看作对本技术范围的限制。图中各元件或部分并不一定按实际比例绘制。图1.水凝胶应变传感器的测试装置—利用拉伸夹具测试的结构示意图；图2.水凝胶应变传感器的测试装置—利用压缩夹具测试的结构示意图；图中：1、材料试验机，2、电化学工作站，3、电化学工作站的电极，4、导线，5、材料试验机拉伸夹具的不锈钢片，6、材料试验机拉伸夹具的橡胶片，7、材料试验机压缩夹具的不锈钢盘，8、材料试验机压缩夹具的硅胶盘。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术进行详细说明，但本技术的保护范围并不局限于此。实施例1、水凝胶应变传感器的测试装置形式I—用于测试水凝胶应变传感器的拉伸传感性能如图1所示，本技术的水凝胶应变传感器的测试装置在进行拉伸传感性测试时，材料试验机1采用拉伸夹具。所述拉伸夹具包括上拉伸夹具和下拉伸夹具，上、下拉伸夹具均由一对平行相对、可进行相互靠近和远离运动的拉伸夹片组成，每个拉伸夹片均由一个矩形不锈钢片5和一个矩形橡胶片6粘接而成，其中每对拉伸夹片相对的一面为橡胶片6，外侧面则为不锈钢片5。上、下拉伸夹具各通过一根导线4连接电化学工作站2，电化学工作站2具有四个电极3。所述橡胶片6长50mm、宽25mm、厚2.5mm，所述导线为0.5mm粗铜线。用哑铃型裁刀将水凝胶应变传感器裁成哑铃型。然后，材料试验机1的上拉伸夹具的两个橡胶片6将一根导线的一端和该哑铃型水凝胶应变传感器的上宽端部固定住，即一根导线4的一头置于水凝胶应变传感器上宽端部和橡胶片的界面间，此导线4的另一头与电化学工作站2的工作电极和参比电极连接。同样的，材料试验机1的下拉伸夹片以橡胶片6将另一根导线4和该哑铃型水凝胶应变传感器的下宽端部固定住本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水凝胶应变传感器的测试装置，包括材料试验机、电化学工作站和连接它们的导线，其特征在于，所述材料试验机包含拉伸夹具和压缩夹具两种夹具，其中：所述拉伸夹具包括上拉伸夹具和下拉伸夹具，上、下拉伸夹具均由一对平行相对的拉伸夹片组成，每个拉伸夹片由一个不锈钢片和一个橡胶片粘接而成，其中每对拉伸夹片相对的一面为橡胶片，外侧面为不锈钢片；所述压缩夹具包括两个压缩盘，每个压缩盘由一个不锈钢盘和一个硅胶盘粘接而成，两个压缩盘相对的一面为硅胶盘，向外的一面为不锈钢盘；所述电化学工作站至少具有四个电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶应变传感器的测试装置，包括材料试验机、电化学工作站和连接它们的导线，其特征在于，所述材料试验机包含拉伸夹具和压缩夹具两种夹具，其中：所述拉伸夹具包括上拉伸夹具和下拉伸夹具，上、下拉伸夹具均由一对平行相对的拉伸夹片组成，每个拉伸夹片由一个不锈钢片和一个橡胶片粘接而成，其中每对拉伸夹片相对的一面为橡胶片，外侧面为不锈钢片；所述压缩夹具包括两个压缩盘，每个压缩盘由一个不锈钢盘和一个硅胶盘粘接而成，两个压缩盘相对的一面为硅胶盘，向外的一面为不锈钢盘；所述电化学工作站至少具有四个电极。


2.如权利要求1所述的水凝胶应变传感器的测试装置，其特征在于，组成所述拉伸夹片的不锈钢片和橡胶片为矩形。


3.如权利要求2所述的水凝胶应变传感器的测试装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟茂林，林廷睿，彭静，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：北京;11