一种柔性应变传感单元的制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种柔性应变传感单元的制备装置，所述柔性应变传感单元包括磁性导电材料与弹性体，磁性导电材料在弹性体中呈链状排布，形成导电通路，该制备装置包括基座、样品固化件、第一磁铁、第二磁铁，位于基座两侧并且分别用于固定第一、二磁铁的第一、二磁铁固定件；基座的上表面设置凹槽，凹槽底部分布铁针；工作状态时，样品固化件设置在基座上，其底部位于凹槽上方，第一磁体与第二磁体之间形成磁场，样品固化件与铁针位于所述磁场中。该装置结构简单，利用该装置可得到导电性能可控的柔性应变传感单元。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性应变传感单元的制备装置
本技术涉及柔性电子技术和传感器
，特别涉及一种柔性应变传感单元的制备装置。技术背景应变传感单元是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感单元，其中电阻式应变传感单元是将该应变转换为电阻变化的传感元件。随着柔性电子技术的发展，柔性应变传感单元被广泛应用，例如用于提取和分析生命体征信息。但是，目前柔性应变传感单元的检测性能不足，导致对于一些微弱生命信号的探测能力受限，无法实现高灵敏且抗干扰的信号监测。有研究提出采用磁性导电材料与熔融弹性体混合，在均匀磁场下，使磁性导电材料形成沿着磁场方向的导电通路，然后静置固化形成柔性应变传感单元。但是，该方法中柔性应变传感单元的导电特性依赖于磁场，在制备过程中导电特性难控制，不利于传感单元的稳定性与灵敏性。
技术实现思路
针对上述磁性导电材料与弹性体组成的柔性应变传感单元的不足，本技术提供一种制备该柔性应变传感单元的装置，利用该装置可得到导电性能可控的柔性应变传感单元。本技术提出的技术方案为：一种柔性应变传感单元的制备装置，所述柔性应变传感单元包括磁性导电材料与弹性体，磁性导电材料在弹性体中呈链状排布，形成导电通路，其特征是：包括基座、样品固化件、第一磁铁、第二磁铁、第一磁铁固定件，以及第二磁铁固定件；所述第一磁铁固定件设置用于固定第一磁铁的卡槽，第二磁铁固定件设置用于固定第二磁铁的卡槽；第一磁铁固定件与第二磁铁固定件分布在基座两侧；所述基座的上表面设置凹槽，凹槽底部分布铁针；工作状态时，所述样品固化件设置在基座上，样品固化件的底部位于所述凹槽的上方；第一磁体位于第一磁铁固定件的卡槽，第二磁体位于第二磁铁固定件的卡槽，第一磁体与第二磁体之间形成磁场；所述样品固化件与铁针位于所述磁场中。所述的磁性导电材料包括磁性金属材料及其合金，以及磁性材料和导电材料的复合材料。磁性金属材料及其合金包括但不限于铁、镍、钴、铝镍钴、铁铬钴等中的一种或几种。磁性材料和导电材料的复合材料由金属及其氧化物组成的磁性内核以及包裹在磁性内核外的金属、导电二维材料、导电高分子聚合物等复合而成，包括但不限于银包镍、铜包镍等中的一种或几种。所述的弹性体由弹性材料构成，可发生拉伸、压缩、弯曲等形变，所述弹性材料包括但不限于硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、嵌段共聚物中的一种或者几种。作为优选，所述应变传感单元中，磁性导电颗粒的质量分数不超过50％。所述弹性体可以分成两种，第一种是在常温下为固态，加热或溶剂熔融；第二种是在常温下为液态，加热固化。当所述的弹性体属于第一种时，作为一种实现方式，所述的传感器由磁性导电颗粒与熔融的弹性体均匀混合后降温固化而成；当所述的弹性体属于第二种时，作为一种实现方式，所述的传感器由磁性导电颗粒与液态的弹性体均匀混合后加热固化而成。作为优选，所述凹槽边缘设置卡槽，样品固化件的底部可嵌入该卡槽而使样品固化件固定在基座上，样品固化件的底部位于所述凹槽的正上方。作为优选，所述凹槽底部设置若干子凹槽，各子凹槽彼此存间距，所述铁针位于子凹槽内。作为优选，所述磁场在样品固定装置位置呈匀强磁场。作为进一步优选，所述磁场在铁针位置也呈匀强磁场。作为优选，所述子凹槽等间距平行排列，作为进一步优选，所述子凹槽的横截面呈矩形，矩形的长度方向平行于样品固化件处的磁场方向。作为优选，所述第一磁铁固定件的结构与第二磁铁固定件的结构完全相同。作为进一步优选，所述第一磁铁的材料与第二磁铁的材料完全相同，作为最优选，所述第一磁铁的结构与第二磁铁的结构完全相同。利用本技术的装置制备柔性应变传感单元的方法包括如下步骤：将样品固化件设置在基座上，样品固化件的底部位于所述凹槽的上方；将第一磁体置于第一磁铁固定件的卡槽，第二磁体置于第二磁铁固定件的卡槽，第一磁体与第二磁铁之间形成磁场；将磁性导电颗粒与液态的弹性体混合均匀，形成混合体，将混合体倒入样品固化件，固化后形成柔性应变传感单元；或者，包括如下步骤：将第一磁体置于第一磁铁固定件的卡槽，第二磁体置于第二磁铁固定件的卡槽，第一磁体与第二磁铁之间形成磁场；将磁性导电颗粒与液态的弹性体混合均匀，形成混合体，将混合体倒入样品固化件；将盛有混合体的样品固化件置于基座上，样品固化件的底部位于所述凹槽的上方，混合体固化后形成柔性应变传感单元。所述固化方式不限，包括催化剂引发的固化、高温固化、光固化等。本技术采用基座、样品固化件、第一磁铁、第二磁铁、铁钉、第一磁铁固定件以及第二磁铁固定件构成制备柔性应变传感单元的装置，在第一磁铁与第二磁铁间形成磁场，使磁性导电颗粒与液态的弹性体的混合体位于该磁场中，在磁场作用下使磁性导电颗粒在弹性体中呈现线性导电渗流域排布，即，磁性导电颗粒在弹性体中排布规律化，形成若干链状结构到导电通道，并且在样品固化件下方设置的铁钉具有聚集磁场的作用，通过对放置铁钉的凹槽的结构设计可调整铁针的分布规律，从而可改变链状结构的导电通道之间的间距，得到导电性能可控的柔性应变传感单元。该装置结构简单，易于控制，可得到高稳定性与高灵敏度的压变传感单元，具有良好的应用前景。附图说明图1是本技术实施1中具有链状介质排布的应变传感单元的结构示意图。图2是本技术实施1中制备具有链状介质排布的应变传感单元的装置示意图。图3是图2中的基座结构示意图。图4是本技术实施例1中制得的具有链状介质排布的应变传感单元在应力状态下颗粒间隙变化。图5是本技术实施例1中制得的具有链状介质排布的应变传感单元在应力状态下的传感器电学响应性能曲线。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步说明，需要指出的是，以下实施例旨在便于对本技术的理解和阐述，而对其应用范围不起任何限定作用。图1中的附图标记是：11-弹性体，12-磁性导电颗粒；图2中的附图标记是：1-第一磁铁，2-样品固化件，3-第一磁铁固定件，4-基座，5-第二磁铁，6-第二磁铁固定件，7-凹槽，8-子凹槽，9-铁钉。实施例1：本实施例中，具有链状介质排布的应变传感单元如图1所示，由弹性体1与磁性导电颗粒2组成，磁性导电颗粒2分散在弹性体1内呈现链状排布，形成导电通道。弹性体为PDMS，在外力作用下可以发生形变。磁性导电颗粒是银包镍，是具有核壳结构的磁性导电材料。该链状介质排布的应变传感单元中，磁性导电颗粒的质量分数小于50％。图2是制备上述具有链状介质排布的应变传感单元的装置结构示意图，包括基座4、样品固化件2、第一磁铁3、第二磁铁5、第一磁铁固定件3，以及第二磁铁固定件6。第一磁铁固定件3设置用于固定第一磁铁的卡槽，第二磁铁固定件6设置用于固定第二磁铁的卡槽；第一磁铁固定件与第二磁铁固定件分布在基座4的两侧。样品固化件2位于基座上。本实施例中，第一磁铁固定件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性应变传感单元的制备装置，所述柔性应变传感单元包括磁性导电材料与弹性体，磁性导电材料在弹性体中呈链状排布，形成导电通路，其特征是：包括基座、样品固化件、第一磁铁、第二磁铁、第一磁铁固定件，以及第二磁铁固定件；/n所述第一磁铁固定件设置用于固定第一磁铁的卡槽，第二磁铁固定件设置用于固定第二磁铁的卡槽；第一磁铁固定件与第二磁铁固定件分布在基座两侧；/n所述基座的上表面设置凹槽，凹槽底部分布铁针；/n工作状态时，所述样品固化件设置在基座上，样品固化件的底部位于所述凹槽的上方；第一磁体位于第一磁铁固定件的卡槽，第二磁体位于第二磁铁固定件的卡槽，第一磁体与第二磁体之间形成磁场；所述样品固化件与铁针位于所述磁场中。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性应变传感单元的制备装置，所述柔性应变传感单元包括磁性导电材料与弹性体，磁性导电材料在弹性体中呈链状排布，形成导电通路，其特征是：包括基座、样品固化件、第一磁铁、第二磁铁、第一磁铁固定件，以及第二磁铁固定件；
所述第一磁铁固定件设置用于固定第一磁铁的卡槽，第二磁铁固定件设置用于固定第二磁铁的卡槽；第一磁铁固定件与第二磁铁固定件分布在基座两侧；
所述基座的上表面设置凹槽，凹槽底部分布铁针；
工作状态时，所述样品固化件设置在基座上，样品固化件的底部位于所述凹槽的上方；第一磁体位于第一磁铁固定件的卡槽，第二磁体位于第二磁铁固定件的卡槽，第一磁体与第二磁体之间形成磁场；所述样品固化件与铁针位于所述磁场中。


2.如权利要求1所述的柔性应变传感单元的制备装置，其特征是：所述凹槽边缘设置卡槽，样品固化件的底部可嵌入该卡槽而使样品固化件固定在基座上，样品固化件的底部位于所述凹槽的正上方。


3.如权利要求1所述的柔性应变传感单元的制备装置，其特征是：所述凹槽底部设置若干子凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚杰，徐丹，郁哲，王玉欣，刘宜伟，李润伟，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：浙江;33