一种压力定位与测量的刚柔耦合式阵列传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种压力定位与测量的刚柔耦合式阵列传感器及制备方法，它涉及柔性阵列传感器制备领域，本发明专利技术的目的是为了克服现有压阻式柔性阵列传感器的精度低、寿命短、成本高等缺点和不足。本发明专利技术采用单向碳纤维板和柔性压敏薄膜进行类似三明治的刚柔耦合式多层层叠结构间隔排布。本发明专利技术提供一种能够精确监测压力的大小和方向、并且在较强的外力下不易损坏的高精度、高鲁棒性、低成本的压阻式柔性阵列传感器的制备方法。本发明专利技术应用于机器人触觉监测、医疗健康监测等多个柔性可穿戴设备制备领域。备领域。备领域。

【技术实现步骤摘要】
一种压力定位与测量的刚柔耦合式阵列传感器及制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器阵列制备领域，尤其涉及一种压力定位与测量的刚柔耦合式阵列传感器及制备与测试方法。

技术介绍

[0002]压阻式传感器是一种常见的力学量测量传感器，通过测量电阻值的变化来实现测量目标物体的压力或变形。压阻式传感器通常由一块薄片状的弹性材料组成，其电阻值会随着受力的大小和方向而发生变化。当外力作用于弹性材料时，其发生形变，从而导致材料内部电阻值变化，通过电路测量电阻值的变化推断出受力的大小和方向。然而传统的压阻式传感器是利用半导体等刚性材料制备的，其变形能力和耐久性较差。
[0003]随着科学技术的不断发展，人们对于监测的需求逐渐增加，被监测的对象也逐步由对光整平面或单一物理量的监测升级为对弯曲的不规则平面或者多模态量的监测。普通的刚性压阻传感器已经很难满足人们日益增长的需求，柔性压阻式传感器应运而生。因其柔韧性好、体积小、重量轻、精度高、响应速度快等优点而被广泛应用于医疗健康、智能制造、智能交通等多个领域。然而柔性压阻传感器只能检测单一点位的压力或形变，无法对大面积区域进行连续检测。
[0004]近年来，随着人们对健康监测越来越重视，人们对监测设备的舒适性、准确性等要求也不断提高。为了满足这些市场需求，柔性压阻式传感器逐渐演化为柔性阵列传感器。然而，目前的柔性阵列传感器仍然存在精度相对较低，材料较脆弱，容易受到机械损伤和疲劳等问题，导致传感器的寿命较短，且制备过程较为复杂，制作成本较高。这些问题都在很大程度上限制了柔性阵列传感器的使用。因此目前亟需开发一种既能够精确测量力的大小、方向以及位置、又具有较强的鲁棒性、制备过程还很容易的柔性阵列传感器来满足用户和市场的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有压阻式柔性阵列传感器的精度低、寿命短、成本高等缺点和不足，提供一种能够精确监测压力的大小、方向和位置的、并且在较强的外力下不易损坏的高精度、高鲁棒性、低成本的压阻式柔性阵列传感器的制备方法。
[0006]本专利技术的一种压力定位与测量的刚柔耦合式阵列传感器，它是由厚度为0.3mm的T300单向碳纤维板圆片和柔性压敏薄膜圆片组成。
[0007]所述T300单向碳纤维板和柔性压敏薄膜采用类似三明治的刚柔耦合式多层层叠结构间隔排布。
[0008]本专利技术的一种压力定位与测量的刚柔耦合式阵列传感器及制备方法，它是按照以下步骤进行的：
[0009]一、柔性压敏薄膜圆片的制备
[0010]1)羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液的制备：将
质量百分比为98％的羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物和甲苯溶液按照1.2：6.8:32倒入玻璃瓶中，共40g，加入磁力搅拌器转子，密封后常温搅拌24h以上(1500转/分钟)，得到均匀的羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物混合液，持续搅拌以备用；
[0011]2)羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物聚合物的制备：准备半径为40mm的圆形玻璃器皿，用酒精清理干净，待干燥后，将步骤1)制备好的羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液倒入玻璃器皿32g。剩下的8g羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液按步骤1)方式继续搅拌以备用。将玻璃器皿置于加热台上，温度调节为30
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35℃，在无风环境下干燥16
‑
24h，固化成膜后最终得到羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物聚合物；
[0012]3)羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物聚合物薄膜的制备：用激光切割机在步骤2)制备好的压敏薄膜上切出12个半径为4mm的圆形结构，在切割过程中必须切透，所得圆形羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物聚合物即为所需柔性压敏薄膜。
[0013]二、厚度为0.3mm的T300单向碳纤维板圆片的制备
[0014]1)用激光切割机在厚度为0.3mm的T300单向碳纤维板切割8个半径为4.5mm的圆片以备用；
[0015]2)用激光切割机在厚度为0.3mm的T300单向碳纤维板切割4个半径为4.5mm并带有凸起结构的圆片以备用；
[0016]3)用激光切割机在厚度为0.3mm的T300单向碳纤维板切割1个半径为16mm并带有凸起结构的圆片以备用；
[0017]三、传感器阵列组装
[0018]1)将步骤二所述的一片半径为4.5mm并带有凸起结构的圆片平放于玻璃器皿上；
[0019]2)用滴管将步骤一所述剩下的8g羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液滴1滴于圆片圆心处；
[0020]3)将步骤一所述的一片柔性压敏薄膜水平置于所述2)液滴上，并轻轻按压，其圆心要与所述1)的带有凸起结构的圆片的圆心竖直重合；
[0021]4)将所述3)得到的结构置于加热台上，将温度调节至35
‑
40℃，加热2
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3min后得到的产物结构上层为柔性压敏薄膜，下层为厚度0.3mm的T300单向碳纤维板的带有凸起结构的小圆片，取下以备用；
[0022]5)将步骤二所述的一片半径为4.5mm的圆片平放于玻璃器皿上；
[0023]6)用滴管将步骤一所述剩下的8g羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液滴1滴于圆片圆心处；
[0024]7)将步骤一所述的一片柔性压敏薄膜水平置于所述6)液滴上，并轻轻按压，其圆心要与所述5)的圆片的圆心竖直重合；
[0025]8)将所述7)得到的结构置于加热台上，将温度调节至35
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40℃，加热2
‑
3min后得到的产物结构上层为柔性压敏薄膜，下层为厚度0.3mm的T300单向碳纤维板的小圆片，取下以备用；
[0026]9)重复所述5
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8)；
[0027]10)将所述4)所得产物柔性压敏薄膜层向上平放于玻璃器皿上；
[0028]11)用滴管将步骤一所述剩下的8g羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液滴1滴于所述4)所得产物上层柔性压敏薄膜圆心处；
[0029]12)将所述8)得到的产物柔性压敏薄膜层向上水平置于所述1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压力定位与测量的刚柔耦合式阵列传感器，其特征在于：所述用于压力定位及测量的刚柔耦合式阵列传感器由(1)柔性压敏薄膜、(2)T300单向碳纤维板、(3)导线、(4)焊锡组成，其中柔性压敏薄膜和T300单向碳纤维板采用类似三明治的刚柔耦合式多层层叠结构间隔排布，导线缠绕在T300单向碳纤维板圆片的凸起处并用焊锡进行固定。2.一种压力定位与测量的刚柔耦合式阵列传感器的制备方法，其特征在于：它是按照以下步骤进行的：一、柔性压敏薄膜圆片的制备1)羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液的制备：将质量百分比为98％的羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物和甲苯溶液按照1.2：6.8:32倒入玻璃瓶中，共40g，加入磁力搅拌器转子，密封后常温搅拌24h以上(1500转/分钟)，得到均匀的羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液，持续搅拌以备用；2)羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物聚合物的制备：准备半径为40mm的圆形玻璃器皿，用酒精清理干净，待干燥后，将步骤1)制备好的羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液倒入玻璃器皿32g，剩下的8g羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液按步骤1)方式继续搅拌以备用，将玻璃器皿置于加热台上，温度调节为30
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35℃，在无风环境下干燥16
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24h，固化成膜后最终得到羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物聚合物；3)羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物聚合物薄膜的制备：用激光切割机在步骤2)制备好的压敏薄膜上切出12个半径为4mm的圆形结构，在切割过程中必须切透，所得圆形羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物聚合物即为所需柔性压敏薄膜；二、厚度为0.3mm的T300单向碳纤维板圆片的制备1)用激光切割机在厚度为0.3mm的T300单向碳纤维板切割8个半径为4.5mm的圆片以备用；2)用激光切割机在厚度为0.3mm的T300单向碳纤维板切割4个半径为4.5mm并带有凸起结构的圆片以备用；3)用激光切割机在厚度为0.3mm的T300单向碳纤维板切割1个半径为16mm并带有凸起结构的圆片以备用；三、传感器阵列组装1)将步骤二所述的一片半径为4.5mm并带有凸起结构的圆片平放于玻璃器皿上；2)用滴管将步骤一所述剩下的8g羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液滴1滴于圆片圆心处；3)将步骤一所述的一片柔性压敏薄膜水平置于所述2)液滴上，并轻轻按压，其圆心要与所述1)的带有凸起结构的圆片的圆心竖直重合；4)将所述3)得到的结构置于加热台上，将温度调节至35
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40℃，加热2
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3min后得到的产物结构上层为柔性压敏薄膜，下层为厚度0.3mm的T300单向碳纤维板的带有凸起结构的小圆片，取下以备用；5)将步骤二所述的一片半径为4.5mm的圆片平放于玻璃器皿上；
6)用滴管将步骤一所述剩下的8g羟基化多壁碳纳米管、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物混合液滴1滴于圆片圆心处；7)将步骤一所述的一片柔性压敏薄膜水平置于所述6)液滴上，并轻轻按压，其圆心要与所述5)的圆片的圆心竖直重合；8)将所述7)得到的结构置于加热台上...

【专利技术属性】
技术研发人员：范建华，马丞，王璐，张昌超，李小华，韩志武，席可，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：