带有力敏薄膜的条带式柔性线阵压力传感器、智能工装夹具及力敏薄膜制备方法技术

本发明专利技术公开带有力敏薄膜的条带式柔性线阵压力传感器、智能工装夹具及力敏薄膜制备方法。本发明专利技术增强了条带式柔性线阵压力传感器的压敏特性，进而避免各部位的受力不均匀所导致的加工工件曲面厚度不一致。的加工工件曲面厚度不一致。的加工工件曲面厚度不一致。

【技术实现步骤摘要】
带有力敏薄膜的条带式柔性线阵压力传感器、智能工装夹具及力敏薄膜制备方法


[0001]本专利技术涉及工件加工领域，具体是带有力敏薄膜的条带式柔性线阵压力传感器、智能工装夹具及力敏薄膜制备方法。

技术介绍

[0002]相比传统的金属材料切削加工，复合材料的硬度、刚度等力学性能较低。在切削加工过程中，复合材料易发生较大形变，影响加工精度。尤其对于复合材料异形曲面加工而言(如图1所示)，加工后的复合材料工件尺寸精度通常难以达到设计要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种条带式柔性线阵压力传感器，包括柔性衬底和若干压力传感器线阵单元。
[0004]所述柔性衬底构建有若干微纳米结构。所述微纳米结构的图形包括金字塔、柱子、半球。
[0005]所述柔性衬底的材料包括硅橡胶、聚氨酯弹性体、Eco
‑
Flex。
[0006]若干压力传感器线阵单元集成在柔性衬底表面。
[0007]每个压力传感器线阵单元的表面均设置有应力传导触点。
[0008]应力传导触点的面积小于压力传感器线阵单元的面积。
[0009]应力传导触点采用弹性材料制成。
[0010]所述压力传感器线阵单元包括集成在柔性衬底表面的叉指电极和半共形微纳力敏薄膜。
[0011]所述半共形微纳力敏薄膜包括微纳共形导电层和半共形压电隧穿层。
[0012]所述微纳共形导电层覆盖在微纳米结构的表面。
[0013]所述半共形压电隧穿层部分覆盖在微纳共形导电层表面。
[0014]微纳共形导电层的材料包括石墨烯、石墨烯纳米墙、碳纳米管、炭黑、导电高分子、金属。
[0015]所述半共形压电隧穿层的材料包括PVDF、PVDF:TrFE、PVDF
‑
HFP。
[0016]半共形压电隧穿层经过了高压极化处理，提升了压电特性。
[0017]所述半共形压电隧穿层不包裹微纳共形导电层的顶部。
[0018]一种基于半共形压电隧穿型微纳力敏薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0019]1)选取硅片，并在硅片上刻蚀出若干微纳米结构图形，步骤包括：
[0020]1.1)在硅片表面旋涂光刻胶，并烘干；
[0021]1.2)利用曝光机对旋涂有光刻胶的硅片进行掩膜光刻；
[0022]1.3)将曝光完成的硅片放置到显影液中，进行显影；
[0023]1.4)对硅片进行干法刻蚀，刻蚀掉光刻图形中的SiO2；
[0024]1.5)对硅片依次进行湿法刻蚀和清洗；
[0025]1.6)刻蚀掉硅片残余的SiO2，得到微纳结构化硅片；
[0026]2)利用PECVD法在硅片上生长微纳共形石墨烯材料层；所述微纳共形石墨烯材料层包括石墨烯纳米墙、石墨烯薄膜；
[0027]生长微纳共形石墨烯材料层的步骤包括：
[0028]3)进行微纳共形石墨烯材料层转移，步骤包括：
[0029]3.1)配置PDMS溶液；将PDMS溶液倒在生长微纳共形石墨烯材料层的微纳结构化硅片上，并加热固化；
[0030]3.2)冷却至室温，将PDMS、微纳共形石墨烯材料层从硅片模具上剥离下来；
[0031]4)配置压电聚合物溶液；所述压电聚合物溶液包括PVDF、PVDF:TrFE或PVDF
‑
HFP；
[0032]将压电聚合物溶液旋涂或喷涂在微纳共形石墨烯材料层上，并加热烘干，得到半共形压电薄膜；
[0033]5)在高压极化装置中对所述半共形压电薄膜进行极化处理，从而提升半共形压电薄膜的压电特性。
[0034]一种具有条带式柔性线阵压力传感器的智能工装夹具，包括若干条带式柔性线阵压力传感器和金属工装夹具。
[0035]所述金属工装夹具的内表面与待加工工件的曲面轮廓匹配。
[0036]所述金属工装夹具用于固定待加工工件。
[0037]所述条带式柔性线阵压力传感器的下表面与金属工装夹具的内表面贴合，上表面与待加工工件相接触。
[0038]所述条带式柔性线阵压力传感器将检测到的压力反馈至外界的加工设备控制系统；所述加工设备控制系统预存储有压力阈值；所述加工设备控制系统对接收到的压力与压力阈值进行比较，并根据比较结果实时调整加工参数。
[0039]若干条带式柔性线阵压力传感器在金属工装夹具的内表面逐条贴合。
[0040]若干条带式柔性线阵压力传感器在金属工装夹具的内表面等间距布置。
[0041]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，本专利技术设计了一种具有压力感知特性的智能工装夹具，本专利技术基于金属的易加工性，加工出与待加工曲面轮廓匹配的金属基工装夹具；并结合轻质超薄的柔性压力传感器，在夹具表面贴合条带式柔性线阵压力传感器。由于柔性压力传感器厚度很薄，可以与夹具表面进行良好的共形贴附。
[0042]该智能工装夹具可以实现加工过程中各个点位压力分布的实时监测，尤其是加工区域的受力状况可以实时反馈至操作人员或数控机床，以便调整、补偿加工时刀头对工件产生的力。该技术方案可以避免各部位的受力不均匀所导致的加工工件曲面厚度不一致。
[0043]本专利技术提供基于半共形压电隧穿型微纳力敏薄膜构建柔性压阻式传感器，采用下层叉指电极、上层半共形力敏薄膜的器件结构。其中，为了提升器件的大量程灵敏度及相应时间，利用PVDF压电材料构筑半共形压电隧穿层，有效降低器件的初始电流和粘弹性弛豫性。初始状态时(未加载压力)，半共形压电层可以增加器件的初始接触电阻；施加压力后，压电层中所产生的极化电荷可以增加传感器的压敏特性。
附图说明
[0044]图1为复合材料工件的异形曲面加工轮廓；
[0045]图2为具有压力感知特性的工装夹具设计图；
[0046]图3为条带式柔性线阵压力传感器的设计图I；
[0047]图4为条带式柔性线阵压力传感器的设计图II；
[0048]图5为基于半共形压电隧穿型微纳力敏薄膜。
[0049]图6为条带式柔性线阵压力传感器的设计
[0050]图7为半共形压电隧穿型微纳力敏薄膜SEM表征图I；
[0051]图8为半共形压电隧穿型微纳力敏薄膜SEM表征图II；
[0052]图9为力敏器件结构图；
[0053]图10为力敏特性图；
[0054]图中：条带式柔性线阵压力传感器1、压力传感器线阵单元101、应力传导触点102、柔性衬底2、微纳共形导电层301、半共形压电隧穿层302、金属工装夹具4、刀头5、待加工工件的曲面轮廓6。
具体实施方式
[0055]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。
[0056]实施例1：
[0057]参见图3至图6、图9和图10，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：包括所述柔性衬底(2)和若干压力传感器线阵单元(101)。所述柔性衬底(2)构建有若干微纳米结构；若干压力传感器线阵单元(101)集成在柔性衬底(2)表面；每个压力传感器线阵单元(101)的表面均设置有应力传导触点(102)；所述压力传感器线阵单元(101)包括集成在柔性衬底(2)表面的叉指电极和半共形微纳力敏薄膜；所述半共形微纳力敏薄膜包括微纳共形导电层(301)和半共形压电隧穿层(302)；所述微纳共形导电层(301)覆盖在微纳米结构的表面；所述半共形压电隧穿层(302)部分覆盖在微纳共形导电层(301)表面。2.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：应力传导触点(102)的面积小于压力传感器线阵单元(101)的面积。3.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：所述应力传导触点(102)采用弹性材料制成；所述柔性衬底(2)的材料包括硅橡胶、聚氨酯弹性体、Eco
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Flex；微纳共形导电层(301)的材料包括石墨烯、石墨烯纳米墙、碳纳米管、炭黑、导电高分子、金属；所述半共形压电隧穿层(302)的材料包括PVDF、PVDF：TrFE、PVDF
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HFP。4.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：半共形压电隧穿层(302)经过了高压极化处理。5.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：所述半共形压电隧穿层(302)不包裹微纳共形导电层(301)的顶部。6.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：所述微纳米结构的图形包括金字塔、柱子、半球。7.一种具有权利要求1至6任一项所述条带式柔性线阵压力传感器的智能工装夹具，其特征在于：包括若干条带式柔性线阵压力传感器(1)和金属工装夹具(4)；所述金属工装夹具(4)的内表面与待加工工件的曲面轮廓匹配；所述金属工装夹具(4)用于固定待加工工件；所述条带式柔性线...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，欧雷，胡宁，徐龙，谢磊，台国君，魏大鹏，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：