一种柔性应变传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性应变传感器及其制备方法，器件包括：第一导电层、与所述第一导电层相贴合的第二导电层、两个电极以及包裹所述第一导电层和第二导电层的封装层；所述第一导电层包括：第一柔性基底和设置在所述第一柔性基底上的相互分离的第一导电块阵列；所述第二导电层包括：第二柔性基底和设置在所述第二柔性基底上的相互分离的第二导电块阵列；所述第一导电块阵列中的导电块与所述第二导电块阵列中的导电块交错连接，构成导电回路；所述两个电极分别设置在所述导电回路的两端。本发明专利技术提供的柔性应变传感器，由于传感器两层导电材料设置成非连续的导电块，导电块之间的距离可以随着应变而改变，有效提高了柔性传感器的可应变范围。应变范围。应变范围。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性应变传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性传感器
，尤其涉及一种柔性应变传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性传感器一般由柔性基底和导电传感层材料组成，常用的导电材料主要有碳纳米管(CNTs)、石墨烯、金属纳米材料、导电聚合物等，相较于柔性基底材料，导电传感层材料具有较低的机械拉伸性，成为限制柔性传感器有效拉伸范围的主要因素。目前提高柔性传感器拉伸性能的方式主要有选用拉伸性更好的导电材料、传感器结构优化和改变制造工艺。但是，选用新材料通常比传统材料更昂贵，会导致传感器制造成本增加，传感器结构优化和改变制造工艺需要使用更复杂的加工工艺，不适合大批量生产。并且通过上述方法提高传感器检测范围的同时往往会降低传感器的灵敏度，无法同时兼顾宽检测范围和高灵敏度。
[0003]生物在漫长的进化过程中，形成了许多精妙且复杂的结构，为仿生研究提供了源源不断的启示。自然界中的蛇类在爬行过程中皮肤会经过不同程度的拉伸，其皮肤表面覆盖着叠瓦状鳞片，这些鳞片间可以相互移动，提高了皮肤的可拉伸性，为设计出高灵敏度、大应变范围的柔性传感器提供了仿生原型。
[0004]因此，将蛇类的鳞片重叠结构应用到柔性传感器的设计中，可以有效提高柔性传感器灵敏度和拉伸范围，对航天器薄膜结构实时健康监测有重要意义。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种柔性应变传感器及其制备方法，本专利技术通过仿生蛇鳞片重叠结构设计柔性应变传感器，有效提高了柔性传感器的灵敏度和拉伸范围。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，一种柔性应变传感器，其中，包括：第一导电层、与所述第一导电层相贴合的第二导电层、两个电极以及包裹所述第一导电层和第二导电层的封装层；
[0008]所述第一导电层包括：第一柔性基底和设置在所述第一柔性基底上的相互分离的第一导电块阵列；
[0009]所述第二导电层包括：第二柔性基底和设置在所述第二柔性基底上的相互分离的第二导电块阵列；
[0010]所述第一柔性基底设有所述第一导电块阵列的一侧与所述第二柔性基底设有所述第二导电块阵列的一侧相贴合；所述第一导电块阵列中的导电块与所述第二导电块阵列中的导电块交错接触，构成导电回路；
[0011]所述两个电极分别设置在所述导电回路的两端。
[0012]以下作为本专利技术的优选技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的目的和有益效果。
[0013]作为优选的技术方案，所述的柔性应变传感器，其中，所述第一导电块阵列中的导电块和/或所述第二导电块阵列中的导电块的厚度为0.1
‑
0.2mm，宽度为1
‑
2mm。
[0014]第二方面，一种上述所述的柔性应变传感器的制备方法，其中，包括：
[0015]提供第一柔性基底、第二柔性基底；
[0016]将导电材料按照相互分离的导电块阵列结构分别沉积在所述第一柔性基底、第二柔性基底上，得到所述第一导电层和所述第二导电层；
[0017]将所述两个电极分别设置在位于所述第一导电层或所述第二导电层两端的导电块上；
[0018]将所述第一柔性基底具有所述第一导电块阵列的一侧与所述第二柔性基底具有所述第二导电块阵列的一侧相贴合；然后采用封装材料进行封装，得到所述柔性应变传感器。
[0019]作为优选的技术方案，所述的柔性应变传感器的制备方法，其中，所述第一柔性基底与所述第二柔性基底的制备方法，包括：
[0020]将柔性材料和固化剂按照一定的质量比混合并搅拌均匀后得到预聚合液；
[0021]将所述预聚合液分别倒入对应的柔性基底凹槽模板中，加热固化后从所述柔性基底凹槽模板上剥离，得到所述第一柔性基底与所述第二柔性基底。
[0022]作为优选的技术方案，所述的柔性应变传感器的制备方法，其中，在所述步骤提供第一柔性基底、第二柔性基底之后还包括：采用等离子体对所述第一柔性基底和所述第二柔性基底进行等离子处理。
[0023]作为优选的技术方案，所述的柔性应变传感器的制备方法，其中，所述将导电材料按照相互分离的导电块阵列结构分别沉积在所述第一柔性基底、第二柔性基底上，得到所述第一导电层和所述第二导电层，具体包括：
[0024]将导电材料分散至水溶液中得到导电溶液；
[0025]将所述导电溶液加入喷墨打印机或者直接使用模板法在所述第一柔性基底和所述第二柔性基底上绘制相互分离的导电块阵列图案，在预设加热条件下固化，得到所述第一导电层和所述第二导电层。
[0026]作为优选的技术方案，所述的柔性应变传感器的制备方法，其中，所述柔性材料选自聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。
[0027]作为优选的技术方案，所述的柔性应变传感器的制备方法，其中，所述导电材料选自聚苯胺、聚吡咯、聚对亚苯基、聚(3，4乙烯二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐中的一种。
[0028]作为优选的技术方案，所述的柔性应变传感器的制备方法，其中，所述预设加热条件为100
‑
150℃下加热30
‑
60min。
[0029]作为优选的技术方案，所述的柔性应变传感器的制备方法，其中，所述导电块阵列为方形导电块水平排布的阵列，相邻两个所述方形导电块之间的距离为0.3
‑
0.6mm。
[0030]有益效果：与现有技术相比，本专利技术提供的柔性应变传感器，由于传感器两层导电材料设置成非连续的导电块，导电块之间的距离可以随着应变而改变，有效提高了柔性传感器的可应变范围。在处理小应变时，两层导电块重叠面积线性变化，传感器表现出较好的线性度。在处理大应变时，两层导电块之间部分重叠面积出现断开，极大地限制了传导路径，从而导致电阻急剧增加，使传感器具有较高的灵敏度。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例提供的一种柔性应变传感器的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例中第一、第二层柔性导电层示意图；
[0033]图3为本专利技术实施例中柔性应变传感器工作原理示意图；
[0034]图4为本专利技术实施例中凹槽模板示意图。
具体实施方式
[0035]本专利技术提供一种柔性应变传感器及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0036]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。
[0037]本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性应变传感器，其特征在于，包括：第一导电层、与所述第一导电层相贴合的第二导电层、两个电极以及包裹所述第一导电层和第二导电层的封装层；所述第一导电层包括：第一柔性基底和设置在所述第一柔性基底上的相互分离的第一导电块阵列；所述第二导电层包括：第二柔性基底和设置在所述第二柔性基底上的相互分离的第二导电块阵列；所述第一柔性基底设有所述第一导电块阵列的一侧与所述第二柔性基底设有所述第二导电块阵列的一侧相贴合；所述第一导电块阵列中的导电块与所述第二导电块阵列中的导电块交错接触，构成导电回路；所述两个电极分别设置在所述导电回路的两端。2.根据权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述第一导电块阵列中的导电块和/或所述第二导电块阵列中的导电块的厚度为0.1
‑
0.2mm，宽度为1
‑
2mm。3.一种权利要求1至2任一所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，包括：提供第一柔性基底、第二柔性基底；将导电材料按照相互分离的导电块阵列结构分别沉积在所述第一柔性基底、第二柔性基底上，得到所述第一导电层和所述第二导电层；将所述两个电极分别设置在位于所述第一导电层或所述第二导电层两端的导电块上；将所述第一柔性基底具有所述第一导电块阵列的一侧与所述第二柔性基底具有所述第二导电块阵列的一侧相贴合；然后采用封装材料进行封装，得到所述柔性应变传感器。4.根据权利要求3所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述第一柔性基底与所述第二柔性基底的制备方法，包括：将柔性材料和固化剂按照一定的质量比混合并搅拌均匀后得到预聚合液；将所述预聚合液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊秋，谷向博，韩志武，孙涛，陈豫，侯涛，胡震宁，张华，武家超，牛士超，代青青，安若宸，穆正知，李博，王泽，王大凯，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：