一种应变可视化的电容式弹性应变传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种应变可视化的电容式弹性应变传感器及其制备方法。该传感器包括自下而上依次层叠排列的弹性基体、第一弹性导电层、弹性介电层与第二弹性导电层；第二弹性导电层表面设置导电绝缘性的弹性变色层；弹性变色层由弹性高分子材料构成，其表面具有若干纳米级凹陷结构；或者，弹性变色由弹性高分子材料与分散在其中的纳米颗粒构成。在光线的照射下，凹陷结构与纳米颗粒对光线的反射与折射产生影响，因此当传感器在外力作用下发生形变时，由于凹陷结构变化以及纳米颗粒间距变化使光线反射与折射随之发生变化，导致视觉上的颜色随之变化，实现应力形变通过颜色可视化。实现应力形变通过颜色可视化。实现应力形变通过颜色可视化。

【技术实现步骤摘要】
一种应变可视化的电容式弹性应变传感器


[0001]本专利技术涉及一种电容式弹性应变传感器，特别涉及一种应变可视化的电容式弹性应变传感器。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，电子器件的发展也得到了很大的进步，尤其是弹性器件的出现，使得电子器件的发展趋势更加贴合人类对人性化、智能化穿戴产品的需求。在可穿戴电子产品中，人们更加关心其舒适度、轻薄感、无异物感等特点。
[0003]申请号为CN202010122016.5的专利文献公开了一种效果可视化的仿生超敏应变传感器及其制备方法，利用裂缝结构层的裂缝侧壁在变形过程中重复张开
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闭合，实现灵敏感知外界微小应变。当仿生超敏应变传感器发生形变后，通过焦耳热改变温度，使得热致变色层颜色发生改变，实现应变效果可视化。但是这种热致变色层需要在明显的光照和温度变化下才能观察到应变变化引起的颜色变化，该应变传感器是利用焦耳热变化导致热致变色涂层颜色发生变化，从而实现可视化。随着时间增长，热量散失后，该应变传感器存在应变情况下仍无法维持变色状态，导致应变与视觉变色不匹配。
[0004]另外，现有技术中其它的应变传感器基本不具有应变效果可视化变色的功能，无法通过颜色变化直观显示弹性应变传感器的使用情况。

技术实现思路

[0005]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，其结构简单，当发生应变时传感器表层的颜色发生变化，能够直观反应传感器的应变信息。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种应变可视化的电容式弹性应变传感器，包括自下而上依次层叠排列的弹性基体、第一弹性导电层、弹性介电层与第二弹性导电层，第一弹性导电层与第一电极相连，第二弹性导电层与第二电极相连；其特征是：所述第二弹性导电层表面设置弹性变色层；
[0007]所述弹性变色层具有导电绝缘性；
[0008]所述弹性变色层由弹性高分子材料构成，其表面具有若干微型凹陷结构，所述凹陷结构的深度为100～1000nm，宽度为100～1000nm；
[0009]或者，所述弹性变色由弹性高分子材料与纳米颗粒构成，所述纳米颗粒分散在弹性高分子材料中。
[0010]作为优选，所述凹陷结构的深度为200～800nm，更优选为400～600nm。
[0011]作为优选，所述凹陷结构的宽度为200～800nm，更优选为400～600nm。
[0012]作为优选，各凹陷结构之间的间距为0.01um～10um，更优选为0.1um～1um。
[0013]所述弹性高分子材料不限，包括热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚(TPU)、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。
[0014]所述纳米颗粒不限，包括Fe3O4、欧珀中的一种或者几种。
[0015]所述纳米颗粒的粒径优选为10nm
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1000nm，更优选为150nm
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350nm。
[0016]所述弹性是指在一定的外力作用下可发生拉伸、压缩、弯曲、旋转等形变，当外力撤除后具有一定形变恢复的性能。
[0017]作为一种实现方式，所述弹性基底为弹性纺织材料。纺织材料可以是由棉、麻、毛、丝绸、呢绒、纤维等材料中的一种或者几种形成的织物。弹性可以是通过一定的结构设计使其具有弹性，如罗纹组织结构，亦或者将具有一定弹性的纺织物纺织而成。
[0018]作为一种实现方式，所述第一弹性导电层由导电浆料构成。导电浆料不限，包括含0％
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50％氧含量的液态金属浆料、100：1～100的液态金属和弹性体混合浆料、石墨烯浆料、石墨导电胶、银胶、比例1～100：100的碳粉或碳纤维或石墨烯和弹性体混合浆料、比例1～100：100的金属粉末和弹性体混合浆、导电墨水、弹性导电布等。
[0019]作为一种实现方式，所述第二弹性导电层由导电浆料构成。导电浆料不限，包括含0％
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50％氧含量的液态金属浆料、100：1～100的液态金属和弹性体混合浆料、石墨烯浆料、石墨导电胶、银胶、比例1～100：100的碳粉或碳纤维或石墨烯和弹性体混合浆料、比例1～100：100的金属粉末和弹性体混合浆、导电墨水、弹性导电布等。
[0020]所述液态金属是指在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡金属、固态非金属元素的一种或多种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。
[0021]所述弹性介电层具有导电绝缘性，其材料不限，包括弹性高分子材料等。作为进一步优选，所述弹性结合层采用与纺织材料具有良好的粘结能力的弹性材料，例如热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚(TPU)、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。
[0022]作为一种实现方式，所述弹性基底与第一弹性导电层之间设置弹性结合层，所述弹性结合层具有导电绝缘性。所述弹性结合层材料不限，包括弹性高分子材料等。作为进一步优选，所述弹性结合层采用与纺织材料具有良好的粘结能力的弹性材料，例如热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚(TPU)、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]本专利技术还提供一种制备该应变可视化的电容式弹性应变传感器的方法，包括如下步骤：在第二弹性导电层表面制备弹性高分子层，然后利用等离子体轰击弹性高分子层表面，使其表面形成所述凹陷结构。所述等离子体由大量的电子、离子和中性粒子组成，当用等离子体轰击弹性高分子层表面时弹性高分子材料表面产生结构、成分和性能的变化，形成纳米级的微型凹陷结构。在第二弹性导电层表面制备弹性高分子层的方法不限，包括印刷、烘烤、热压等方法。
[0024]或者，将弹性高分子与纳米颗粒均匀混合形成混合物，将所述混合物在第二弹性导电层表面形成层状结构，然后固化。所述混合物在第二弹性导电层表面形成层状结构的方法不限，包括涂敷、印刷、流延、浸渍等。
[0025]作为优选，还包括如下步骤：
[0026](1)在弹性基底表面制备第一弹性导电层；
[0027](2)在第一弹性导电层表面制备弹性介电层；
[0028](3)在弹性介电层表面制备第二弹性导电层；
[0029]在第二弹性导电层表面制备弹性高分子层的方法不限，包括印刷、烘烤、热压等方法。
[0030]所述等离子体种类不限，可以由不同的气体组成，可以是将气体在高频电压下进行处理得到等离子体。作为优选，所述等离子体根据基底材料进行选择。当采用高分子基底时，可以优选氧等离子体。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有如下有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应变可视化的电容式弹性应变传感器，包括自下而上依次层叠排列的弹性基体、第一弹性导电层、弹性介电层与第二弹性导电层，第一弹性导电层与第一电极相连，第二弹性导电层与第二电极相连；其特征是：所述第二弹性导电层表面设置弹性变色层；所述弹性变色层具有导电绝缘性；所述弹性变色层由弹性高分子材料构成，其表面具有若干凹陷结构，所述凹陷结构的深度为100～1000nm，宽度为100～1000nm；或者，所述弹性变色由弹性高分子材料与纳米颗粒构成，所述纳米颗粒分散在弹性高分子材料中。2.如权利要求1所述的应变可视化的电容式弹性应变传感器，其特征是：作为优选，所述凹陷结构的深度为200～800nm，更优选为400～600nm。3.如权利要求1所述的应变可视化的电容式弹性应变传感器，其特征是：各凹陷结构之间的间距为0.01um～10um，更优选为0.1um～1um。4.如权利要求1所述的应变可视化的电容式弹性应变传感器，其特征是：所述纳米颗粒的粒径10nm～1000nm，更优选为150nm～350nm。5.如权利要求1所述的应变可视化的电容式弹性应变传感器，其特征是：所述弹性高分子材料包括热塑性弹性体、热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚、二甲基硅氧烷、脂肪族芳香族无规共聚酯、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中的一种或者几种。6.如权利要求1所述的应变可视化的电容式弹性应变传感器，其特征是：所述纳米颗粒包括Fe3O4、欧珀中的一种或者几种。7.如权利要求1所述的应变可视化的电容式弹性应变传感器，其特征是：所述弹性基底为弹性纺织材料；作为优选，所述第一弹性导电层由导电浆料构成；所述导电浆料包括含0％
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50％氧含量的液...

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