【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能高分子复合材料，具体涉及一种柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构。
技术介绍
1、基于磁场的柔性霍尔式力传感器可以用于测量接触界面的复杂触觉信息，帮助智能机器人感知和获取外部环境信息，从而实现智能机器人与外部环境的交互作用，由于其灵敏度高、稳定性好、结构简单，在机器人皮肤领域具有广泛的应用前景。但是，基于磁场的柔性霍尔式力传感器在使用场景中极易受环境干扰磁场和传感器接近/接触热源的影响。因此，设计一种可应用于柔性霍尔式力传感器的热/磁屏蔽复合结构，对柔性霍尔式力传感器的发展具有重要意义。近年来，人们对电磁及热屏蔽材料研究做出了很多工作：
2、文章“多层复合电沉积磁屏蔽薄膜屏蔽效能”中通过电沉积法精确控制沉积膜的化学成分和厚度，在铝制圆筒基材上制备出了铁镍/铜/铁镍多层复合磁屏蔽薄膜，能够在4~16 oe磁场中以200μm厚度的屏蔽薄膜实现38~62db的屏蔽效能[宫剑,徐常有,王东红等.多层复合电沉积磁屏蔽薄膜屏蔽效能[j].太赫兹科学与电子信息学报,2020,18(02):259-263.]。但由于沉积法制备的复合材料薄膜不具有拉伸性和柔韧性，在受力变形时极易产生裂纹和缺陷，因此不适用于柔性霍尔式力传感器中屏蔽层会随传感器受力变形的使用场景。
3、授权公告号为cn112980199b的专利“低频交变磁场屏蔽用有机硅复合磁性材料及其制备方法”中采用铁镍钼磁粉、铁硅磁粉、铁硅铝磁粉、铁硅铬磁粉及非晶、纳米晶磁粉等软磁合金粉末填料，通过同有机硅材料混合、硫化，得到良好机械强度和柔性的低频（
4、授权公告号为cn111698898b的专利“一种宽幅电磁屏蔽材料及其制备方法”中通过至少一层软磁合金带材的拼接层、至少一层宽幅软磁合金薄片层和/或至少一层宽幅良导体材料层叠压制构成的电磁屏蔽层以及上下表面的保护膜，在形成宽尺寸电磁屏蔽主材料的同时有效降低了漏磁。但由于主要由不具有拉伸性的软磁合金带材、软磁合金薄片和宽幅良导体材料层制备而成，所得到的电磁屏蔽层柔性特性差，且难以塑形，不适用于柔性霍尔式力传感器屏蔽。
5、文章“硅橡胶隔热复合材料的制备及性能”中采用空心玻璃微珠（hgb）和膨胀蛭石（evmt）作为隔热填料，分别与高温硫化硅橡胶（htv）共混制备hgb/htv和evmt/htv隔热复合材料，通过hgb与htv之间20/100的填充质量比和evmt与htv之间10/100的填充质量比，将htv材料试样的导热系数分别降低了20.44%和12.34%[曾盛渠,陈想,罗飘慧.硅橡胶隔热复合材料的制备及性能[j].合成橡胶工业,2023,46(02):119-123.]。然而，由于隔热填料的种类和粒径单一，导致复合材料的填充量受到力学性能的限制，难以进一步降低导热系数，提高隔热性能。
6、文章“膨胀珍珠岩及气相二氧化硅填充硅橡胶复合材料的制备与隔热性能”中通过107硅胶对珍珠岩和气硅粉的黏合作用，以搅拌混合方式制备了厚度为2.5cm的珍珠岩‒气硅粉复合填充的硅橡胶基复合隔热材料，以37.5%的无机填料填充质量比例，制得了导热系数0.0349 w·m-1·k-1的隔热复合材料[王威,孔波,陈淑梅等.膨胀珍珠岩及气相二氧化硅填充硅橡胶复合材料的制备与隔热性能[j].硅酸盐学报,2023,51(04):975-981.]。但其仅用单层材料构成隔热系统，外侧温度较高时，隔热层内侧局部热量仍会有较大堆积，在较低厚度下隔热效果仍然较差。
7、文章“soft magnetic tactile skin for continuous force and locationestimation using neural networks”中研制了一种霍尔式柔性三维力传感器，由一个柔性磁源和六个霍尔芯片组成。其中，五个霍尔芯片用于检测三维力对磁场信号的影响，与中心芯片处于正对位的霍尔芯片用于检测外界因素对磁场的干扰，作为数值补偿的参考[tess hellebrekers, et al. soft magnetic tactile skin for continuous forceand location estimation using neural networks[j]. ieee robotics andautomation letters, 2020, 5(3): 3892-3898.]。然而，由于环境杂散磁场和温度的分布不均匀，导致参考芯片与中心芯片位置上的环境干扰不一致，因此这种方法对外界磁场和温度的屏蔽效果比较有限。
8、文章“a gradiometric magnetic force sensor immune to stray magneticfields for robotic hands and grippers”中设计了一种由磁铁、弹性体和多个霍尔元件组成的三维力传感器。它利用多个霍尔元件所检测到的磁场强度变化梯度来消除外界杂散磁场的干扰，同时，利用温度传感器和温度补偿算法减小温度漂移[théo le signor, etal. a gradiometric magnetic force sensor immune to stray magnetic fields forrobotic hands and grippers[j]. ieee robotics and automation letters, 2022, 7(2): 3070-3076.]。但对于较为均匀且快速不确定变化的外界磁场环境，屏蔽效果依然较差；对于热源导致的磁源和霍尔元件温度不一致的情况，补偿效果也很有限。
9、综上所述，制备一个兼具高柔性和高屏蔽效能的热/磁屏蔽复合材料目前仍具有较大挑战。
技术实现思路
1、基于上述现有技术所存在的问题，本专利技术提供一种柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，使其在柔性霍尔式力传感器应用过程中能够同时有效屏蔽热干扰和宽频磁场干扰。
2、本专利技术为实现目的，采用如下技术方案：
3、本专利技术首先公开了一种柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，由外侧隔热功能层和内侧低频磁场屏蔽功能层构成；所述外侧隔热功能层由三层复合材料组合而成，从外至内依次为柔性隔热复合材料层、柔性高频磁场屏蔽兼散热复合材料层和柔性隔热复合材料层；所述内侧低频磁场屏蔽功能层为柔性低频磁场屏蔽复合材料层。
4、进一步地，所述柔性隔热复合材料层是基于发泡工艺和热固化工艺，通过向硅橡胶基体中同时填充气相二氧化硅颗粒和膨胀珍珠岩颗粒制成，其导热系数不高于0.04w·m-1·k-1，拉伸强度不低于4mpa，断裂伸长率不低于30%。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（k,℃），在一小时内，通过1平方米面积传本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述热/磁屏蔽复合结构由外侧隔热功能层和内侧低频磁场屏蔽功能层构成；所述外侧隔热功能层由三层复合材料组合而成，从外至内依次为柔性隔热复合材料层、柔性高频磁场屏蔽兼散热复合材料层和柔性隔热复合材料层；所述内侧低频磁场屏蔽功能层为柔性低频磁场屏蔽复合材料层。
2.根据权利要求1所述的柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述柔性隔热复合材料层是基于发泡工艺和热固化工艺，通过向硅橡胶基体中同时填充气相二氧化硅颗粒和膨胀珍珠岩颗粒制成。
3.根据权利要求1或2所述的柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述柔性隔热复合材料层的导热系数不高于0.04W·m-1·K-1，拉伸强度不低于4MPa，断裂伸长率不低于30%。
4.根据权利要求1所述的柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述柔性高频磁场屏蔽兼散热复合材料层是基于热固化工艺，通过向硅橡胶基体中填充片状银包镍粉末填料和经过3-巯基丙基三甲氧基硅烷表面包覆处理的镓基液态金属微滴制成。
5.根据
6.根据权利要求1所述的柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述柔性低频磁场屏蔽复合材料层是基于热固化工艺，通过向硅橡胶基体中填充由硅烷偶联剂表面改性处理的铁磁纳米线和片状铁硅铝合金粉末制成。
7.根据权利要求1或6所述的柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述柔性低频磁场屏蔽复合材料层的磁导率不低于110H·m-1，拉伸强度不低于4MPa，断裂伸长率不低于30%。
8.一种权利要求1~7中任意一项所述柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述热/磁屏蔽复合结构由外侧隔热功能层和内侧低频磁场屏蔽功能层构成；所述外侧隔热功能层由三层复合材料组合而成，从外至内依次为柔性隔热复合材料层、柔性高频磁场屏蔽兼散热复合材料层和柔性隔热复合材料层；所述内侧低频磁场屏蔽功能层为柔性低频磁场屏蔽复合材料层。
2.根据权利要求1所述的柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述柔性隔热复合材料层是基于发泡工艺和热固化工艺，通过向硅橡胶基体中同时填充气相二氧化硅颗粒和膨胀珍珠岩颗粒制成。
3.根据权利要求1或2所述的柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述柔性隔热复合材料层的导热系数不高于0.04w·m-1·k-1，拉伸强度不低于4mpa，断裂伸长率不低于30%。
4.根据权利要求1所述的柔性霍尔式力传感器用热/磁屏蔽复合结构，其特征在于：所述柔性高频磁场屏蔽兼散热复合材料层是基于热固化工艺，通过向硅橡胶基体中填充片...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，余宏波，郭旭，马菲，田右，张扬，刘彩霞，张玉刚，马渊明，田合雷，黄英，杨晓明，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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