兼具高安全性与高探测量程的电容式弹性应变传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供兼具高安全性与高探测量程的电容式弹性应变传感器及其制备方法。该传感器包括弹性纺织材料构成的基体、弹性粘合层、第一导电层、弹性介电层以及第二导电层；所述弹性介电层由上下层叠的三层组成，一层是具有高弹性模量的第一弹性介电层，一层是具有低弹性模量的第二弹性介电层，另一层是夹在第一弹性介电层与第二弹性介电层之间的胀塑性流体层；所述胀塑性流体层由弹性的环状结构，以及设置在环状结构内部的胀塑性流体组成。该传感器能够提高安全防护作用，同时有效拓宽了可探测应力的量程，具有非常良好的应用前景。具有非常良好的应用前景。具有非常良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
兼具高安全性与高探测量程的电容式弹性应变传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电容式应变传感器
，特别涉及一种兼具高安全性与高探测量程的电容式弹性应变传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来柔性电子技术被广泛关注，尤其是随着可穿戴技术的发展，对柔弹性传感器件的需求日益增加，例如智能服装和智能穿戴的兴起，将弹性应变传感器与纺织材料相结合是未来智能服装和智能穿戴的主流趋势。
[0003]CN 110657741 A公开了一种电容式弹性应变传感器，依次包括弹性基体、弹性结合层、第一导电层、弹性介电层、第二导电层与弹性封装层，第一导电层与第二导电层分别由导电液体、导电浆料或者导电凝胶构成。该传感器具有优异的弹性应变响应功能，同时还具有良好的可穿戴性与舒适性，当受到应力作用时发生形变，引起第一导电层与第二导电层之间的间距或者相对面积发生变化，从而导致电容发生变化，因此能够根据电容的变化检测所受到的应力。但是，该传感器存在如下问题：
[0004](1)传感器具有弹性，受到应力作用时发生形变，但是形变范围是有限制的，与各层的实际材料有关，例如，当外界应力较大，传感器受到该应力时发生的实际形变超过传感器可探测的形变上限，会引起传感器探测不准确，灵敏度降低，以及导致传感器破坏等问题；当外界应力较小，传感器受到该应力时发生的实际形变低于传感器的形变下限时，传感器将无法探测该应力。
[0005]因此，如何提高该传感器可探测的应力范围(即探测量程)，使其不仅对微弱应力敏感，可探测该微小应力，而且能够承受大应力作用下的形变，可探测大应力，具有重要意义，将有利于拓宽该传感器的应用，以及提高灵敏度。
[0006](2)在实际应用中，传感器可能受到高速运动的应力作用(即应力的速率高)，例如，受到高速飞行的子弹穿击、快速的剑击，高速的拍击、撞击、磕碰、揉搓、挤压等，这类应力作用即使应力值较小，但是由于速率大因此动量较高，导致传感器受到的破坏性大大提高，当该传感器穿戴在生命体时甚至导致生命体遭受严重损伤。
[0007]因此，传感器的推广应用必须以可靠的安全性为基础，尤其是在极端情况下的安全性以及传感器穿戴在生命体时的安全性需要重点考虑的。

技术实现思路

[0008]针对上述技术现状，本专利技术提供一种电容式弹性应变传感器，不仅具有优异的传感功能、良好的可穿戴性与舒适性，而且兼具高安全性与高探测量程。
[0009]本专利技术的技术方案为：一种兼具高安全性与高探测量程的电容式弹性应变传感器，自下而上依次包括弹性纺织材料构成的基体、弹性粘合层、第一导电层、弹性介电层，以及第二导电层；
[0010]所述基体为弹性纺织材料；
[0011]所述弹性粘合层位于基体表面，具有导电绝缘性；
[0012]所述第一导电层位于弹性粘合层表面，由导电液体、导电浆料或者导电凝胶构成，与第一电极相连；
[0013]所述弹性介电层位于第一导电层表面，具有导电绝缘性；
[0014]所述第二导电层位于弹性介电层表面，由导电液体、导电浆料或者导电凝胶构成，与第二电极相连；
[0015]其特征是：所述弹性介电层由上下层叠的三层组成，一层是具有高弹性模量的第一弹性介电层，一层是具有低弹性模量的第二弹性介电层，另一层是夹在第一弹性介电层与第二弹性介电层之间的胀塑性流体层；所述胀塑性流体层由弹性的环状结构，以及设置在环状结构内部的胀塑性流体组成。
[0016]本专利技术中，柔性是指在外力作用下能够发生弯曲、拉伸、扭拧等变形。弹性是柔性中的一种，是指在外力作用下能够发生弯曲、拉伸、扭拧等变形，并且当外力撤除时具有一定形状恢复能力的性能。
[0017]所述第一弹性介电层与第二弹性介电层的上下位置不限，可以是在第一导电层表面设置第一弹性介电层，在第二弹性介电层表面设置第二导电层；也可以是在第一导电层表面设置第二弹性介电层，在第一弹性介电层表面设置第二导电层。
[0018]弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，定义为单向应力状态下应力除以该方向的应变。所述第一弹性介电层具有高弹性模量，所述第二弹性介电层具有低弹性模量，即第一弹性介电层的弹性模量高于第二弹性介电层的弹性模量。
[0019]作为优选，所述第一弹性介电层的弹性模量高于第一导电层的弹性模量，并且高于第二导电层的弹性模量，即，在第一弹性介电层、第二弹性介电层、第一导电层以及第二导电层中，第一弹性介电层的弹性模量最高。
[0020]作为优选，所述第二弹性介电层的弹性模量低于第一导电层的弹性模量，并且低于第二导电层的弹性模量，即，在第一弹性介电层、第二弹性介电层、第一导电层以及第二导电层中，第二弹性介电层的弹性模量最低。
[0021]所述环状结构用于限制胀塑性流体在平面的流动。本专利技术中，所述环状结构、第一弹性介电层与第二弹性介电层构成密闭空间，所述胀塑性流体被封装在该密闭空间中，能够防止胀塑性流体溢出。
[0022]所述环状结构具有弹性，其材料不限，包括弹性高分子材料等。作为进一步优选，所述环状结构采用热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)、高分子聚合树脂、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共弹性体(POE)中的一种或者几种。
[0023]所述胀塑性流体又称为膨胀性流体，是非牛顿流体中的一种。非牛顿流体是指不符合牛顿运动定律的流体。胀塑性流体是指剪切应力与剪切应变率之间不是线性关系，粘度随着剪切速率的增加而增加，具有剪切增稠现象的流变材料。即，一个无限小的剪切应力就能使其开始运动，并且粘度随剪切速率的增加而增加。当在高速冲击下，其粘度发生巨大变化,甚至由液相转变为固相；冲击撤除后，又能够从固相转变为液相。
[0024]所述胀塑性流体材料主要包括主体材料与溶剂，主体材料包括但不限于淀粉、蜂
蜜、湿沙、D3O材料等中的一种或几种。溶剂包括但不限于水。
[0025]所述第一弹性介电层材料不限，包括弹性高分子材料等，例如古塔胶(硬性天然橡胶)、橡胶、高分子聚合物、高硬度聚氨酯树脂中的一种或者几种
[0026]所述第二弹性介电层材料不限，包括弹性高分子材料等，例如热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)、高分子聚合树脂、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共弹性体(POE)中的一种或者几种。
[0027]所述环状结构的横截面形状不限，包括规则形状与不规则形状，规则形状包括矩形、圆形、椭圆形、以及其他多边形等。
[0028]所述纺织材料层是由棉、麻、毛、丝绸、呢绒、纤维等材料中的一种或者几种形成的织物。
[0029]所述弹性纺织材料是有弹性的纺织材料，可以将纺织材料通过结构设计使其具有弹性，例如，通过罗纹组织使纺织材料具有弹性，或者纺织材料本身具有弹性。
[0030]所述弹性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.兼具高安全性与高探测量程的电容式弹性应变传感器，自下而上依次包括弹性纺织材料构成的基体、弹性粘合层、第一导电层、弹性介电层，以及第二导电层；所述基体为弹性纺织材料；所述弹性粘合层位于基体表面，具有导电绝缘性；所述第一导电层位于弹性粘合层表面，由导电液体、导电浆料或者导电凝胶构成，与第一电极相连；所述弹性介电层位于第一导电层表面，具有导电绝缘性；所述第二导电层位于弹性介电层表面，由导电液体、导电浆料或者导电凝胶构成，与外部第二电极相连；其特征是：所述弹性介电层由上下层叠的三层组成，一层是具有高弹性模量的第一弹性介电层，一层是具有低弹性模量的第二弹性介电层，另一层是夹在第一弹性介电层与第二弹性介电层之间的胀塑性流体层；所述胀塑性流体层由弹性的环状结构，以及设置在环状结构内部的胀塑性流体组成。2.如权利要求1所述的电容式弹性应变传感器，其特征是：所述第一导电层表面设置第一弹性介电层，所述第二弹性介电层表面设置第二导电层；或者，所述第一导电层表面设置第二弹性介电层，所述第一弹性介电层表面设置第二导电层。3.如权利要求1所述的电容式弹性应变传感器，其特征是：所述第一弹性介电层、第二弹性介电层、第一导电层以及第二导电层中，第一弹性介电层的弹性模量最高。4.如权利要求1所述的电容式弹性应变传感器，其特征是：所述第一弹性介电层、第二弹性介电层、第一导电层以及第二导电层中，第二弹性介电层的弹性模量最低。5.如权利要求1所述的电容式弹性应变传感器，其特征是：所述胀塑性流体材料包括主...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宜伟，李金财，吴科鹏，
申请(专利权)人：宁波韧和科技有限公司，
类型：发明
国别省市：