【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种用于曲面结构振动检测的柔性应变片及制备方法和应用，属于高分子材料制备。
技术介绍
1、柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性、甚至可自由弯曲甚至折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对复杂工况进行检测。柔性传感器的优势让它有非常好的应用前景。柔性电子器件的应用场景包括健康监测、医疗手术、智能工业以及航空航天设备，而柔性应变传感器是其中监测变形的关键元件。传统基于金属或半导体的应变片无法满足与人体或柔性设备表面完全贴合的基本要求，无法检测一些复杂的曲面结构。而且由于刚性不可扩展的原因导致传感范围比实际需求小、阻抗不匹配以及不耐疲劳/断裂，这些极大限制其在实际中的应用。
2、软应变计为传统的刚性不可扩展的应变计提供了完美的替代方案，克服了阻抗不匹配、有限的传感范围和疲劳/断裂等问题。成为了许多科研工作者都在努力研究的方向。传统刚性不可扩展应变片有很多缺点限制了其在实际中的应用，例如阻抗不匹配、传感范围窄、易碎、不耐疲劳/断裂等。
技术实现思路
1、根据本申请的一个方面，为了解决目前在曲面工况下传感检测技术不足的问题，提供了一种用于曲面结构振动检测的柔性应变片，针对传统刚性不可扩展应变片阻抗不匹配、传感范围窄、不耐疲劳以及应变灵敏度低等问题，将导电材料和柔性材料组合集成在一起，采用静电纺丝制备的具有高弹性、结构可变形的弹性tpu纤维网络，并将具有优异稳定性的导电炭黑包覆在tpu纤维上获得导电弹性薄膜，得
2、本申请采用如下技术方案：
3、一种用于曲面结构振动检测的柔性应变片，包括弹性薄膜；
4、所述弹性薄膜由弹性聚氨酯纤维交联形成的网络构成；
5、所述弹性聚氨酯纤维的表面包覆有导电碳黑。
6、可选地，所述柔性应变片的拉伸强度为8～9mpa、断裂伸长率为800～1000％。
7、根据本申请的另一方面，还提供一种上述用于曲面结构振动检测的柔性应变片的制备方法，包括如下步骤：
8、s1、获取含有导电炭黑、曲拉通的混合溶液，并超声分散，得到导电炭黑的悬浮分散液；
9、s2、通过真空抽滤，将步骤s1中悬浮分散液中的导电炭黑包覆在弹性薄膜的纤维表面，光刻切割得到所述用于曲面结构振动检测的柔性应变片。
10、可选地，所述步骤s1中，所述混合溶液中导电碳黑的含量为1～2wt％。
11、可选地，所述步骤s1中，所述混合溶液中导电碳黑的含量选自1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％中的任意值，或任意两者间的范围值。
12、可选地，所述混合溶液中曲拉通的含量为0.1～0.5wt％。
13、可选地，所述混合溶液中曲拉通的含量选自0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％中的任意值，或任意两者间的范围值。
14、可选地，所述混合溶液的溶剂为水。
15、可选地，所述混合溶液的配置步骤为：向水中加入导电炭黑，然后加入曲拉通溶液，得到所述混合溶液。
16、可选地，所述步骤s1中，所述超声分散的时间为1～2h。
17、超声池中进行超声分散处理，使混合溶液中的导电炭黑均匀分散开得到导电炭黑的悬浮分散液。
18、可选地，所述步骤s2中，所述弹性薄膜的制备方法为：
19、将聚氨酯溶于含有四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰胺的混合溶液，搅拌制得纺丝液，通过静电纺丝制成所述弹性薄膜。
20、可选地，所述四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰胺的体积比为4～5:1；
21、可选地，所述纺丝液中聚氨酯的含量为15～25wt％；
22、可选地，所述搅拌的时间为10～15h。
23、可选地，所述静电纺丝的条件包括：温度为60-80℃，针尖与收集器之间的距离为14～18cm，电压为9.5～10.5kv。
24、可选地，所述静电纺丝的条件包括：温度选自60℃、65℃、70℃、75℃、80℃中的任意值，或任意两者间的范围值，针尖与收集器之间的距离选自14cm、15cm、16cm、17cm、18cm中的任意值，或任意两者间的范围值。
25、所述步骤s2中，所述真空抽滤的条件为：压力为0.07～0.09mpa。
26、真空抽滤时，将均匀分散开的导电炭黑的悬浮分散液置于真空抽滤瓶中并将聚氨酯弹性薄膜置于真空抽滤膜上方进行真空抽滤，通过真空抽滤使导电炭黑均匀的包覆在每根聚氨酯纤维上获得导电的弹性薄膜。
27、可选地，所述步骤s2中，还包括在真空抽滤之前将弹性薄膜进行等离子清洗。
28、等离子清洗机使聚氨酯薄膜表面由疏水性向亲水性转变，更有利于导电炭黑的包覆。
29、真空抽滤前将弹性薄膜裁剪成标准抽滤膜大小，然后置于真空抽滤膜上进行真空抽滤。
30、所述光刻切割指通过激光切割技术将所获得的材料加工成应变片形状得到用于曲面结构振动检测的柔性应变片。在传统应变片的启发下，同时得益于光刻、刻蚀和切割技术的柔性制造，本申请将制备好的导电弹性薄膜在固定的尺寸下加工成具有单向应变片结构的柔性应变片。
31、根据本申请的另一方方面，还提供了一种上述的用于曲面结构振动检测的柔性应变片、根据上述制备方法制备得到的用于曲面结构振动检测的柔性应变片中的至少一种在复杂曲面结构振动检测中的应用。
32、本申请能产生的有益效果包括：
33、(1)本申请提供的用于曲面结构振动检测的柔性应变片以聚氨酯为基底制备柔性应变片，聚氨酯是健康无毒无害且可降解的材料，得到的柔性应变片不仅高效且对环境的危害较小。
34、(2)本申请提供的用于曲面结构振动检测的柔性应变片具有优异的稳定性，在不做任何保护措施的情况下可以长期储存。
35、(3)本申请提供的用于曲面结构振动检测的柔性应变片保持着聚氨酯的优异的强度和拉伸性能，可适应绝大多数的工作环境。
36、(4)本申请提供的用于曲面结构振动检测的柔性应变片不同于传统刚性不可扩展应变片，本申请中的柔性应变片具有良好的信噪比和抗机械弯曲、扭转和挤压的机电鲁棒性。
37、(5)本申请提供的用于曲面结构振动检测的柔性应变片在静态和动态加载下具有优异的应变传感性能，具有微小的检测极限(0.05％的应变)，超快的响应时间(15ms)。
38、(6)本申请提供的用于曲面结构振动检测的柔性应变片可以准确检测1-900hz之间的全范围相关频率振动，实现宽范围的振动信号检测，为一些复杂曲面结构的振动检测提供了新方向。
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1.一种用于曲面结构振动检测的柔性应变片，其特征在于，包括弹性薄膜；
2.根据权利要求1所述的用于曲面结构振动检测的柔性应变片，其特征在于，所述柔性应变片的拉伸强度为8～9MPa、断裂伸长率为800～1000％。
3.权利要求1或2所述用于曲面结构振动检测的柔性应变片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述混合溶液中导电碳黑的含量为1～2wt％；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述弹性薄膜的制备方法为：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述四氢呋喃、N,N'-二甲基甲酰胺的体积比为4～5:1；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的条件包括：温度为60-80℃，针尖与收集器之间的距离为14-18cm，电压为9.5～10.5Kv。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述真空抽滤的条件为：压力为0.07～0.09MPa。
9.根据
10.权利要求1或2所述的用于曲面结构振动检测的柔性应变片、根据权利要求3至9任一项所述制备方法制备得到的用于曲面结构振动检测的柔性应变片中的至少一种在复杂曲面结构振动检测中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于曲面结构振动检测的柔性应变片，其特征在于，包括弹性薄膜；
2.根据权利要求1所述的用于曲面结构振动检测的柔性应变片，其特征在于，所述柔性应变片的拉伸强度为8～9mpa、断裂伸长率为800～1000％。
3.权利要求1或2所述用于曲面结构振动检测的柔性应变片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述混合溶液中导电碳黑的含量为1～2wt％；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述弹性薄膜的制备方法为：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄建仁，陈安邦，官轮辉，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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