【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器及其制造领域，尤其涉及一种力、热双模柔性传感器及其制备方法。
技术介绍
1、轮胎作为车辆唯一与路面接触的部分，支撑着车辆的重量和载荷，传递着车辆的行驶、制动和转向力。轮胎的结构变形和温度直接影响车辆的安全性，因此对轮胎的健康监测尤为重要。然而，传统的金属或半导体传感器难以适应轮胎复杂的结构变形。将外部刺激(机械和温度)转换为电信号的柔性传感技术因其在人体运动监测、健康监测和人机界面技术中的潜在应用而受到关注。
2、柔性装置由于其固有的特性，作为传统刚性金属导体的替代品，在个人医疗监测、人体运动检测和感觉皮肤中引起了极大的兴趣。然而，大多数可柔性传感器的实际应用普遍受到拉伸性和灵敏度差、强度不理想、电导率较低、感知功能单一等问题的限制。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种高灵敏可多模态测量的力、热双模柔性传感器及其制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种力、热双模柔性传感器，包括柔性基底层、传感器层、封装层及柔性电极；传感器层(和柔性电极)位于柔性基底层和封装层之间，柔性电极与传感器层相连，其特征在于，所述的传感器层由至少一种一维导电纳米材料和至少一种二维导电纳米材料混合制成；一维导电纳米材料和二维导电纳米材料按重量份配比为1：0.5-3。
4、本专利技术中所述的一维导电纳米材料和二维导电纳米材料按重量份配比优选为1：1-1.5。制成的柔性传感器的强度
5、本专利技术中所述的柔性基底层和封装层由生胶制成，所述的柔性电极使用碳纤维线或金属导线制成。
6、本专利技术中所述的一维导电纳米材料包括碳纳米管、金属纳米线，所述的二维导电纳米材料包括石墨烯、mxene、mos2。
7、一种力、热双模柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8、s1：制备柔性基底：将生胶预压缩成型，压缩成薄片形状、制成柔性基底；
9、s2：在柔性基底上制备传感层：将按重量份配比选取的至少一种一维导电纳米材料和至少一种二维导电纳米材料分散至酒精中、进行超声处理，所述一维导电纳米材料和二维导电纳米材料在超声波下进行自组装搭接、形成导电基材分散液；将柔性基底铺设在模具底部，导电基材分散液倒入在柔性基底上方，酒精挥发后制得具有传感器层的柔性基底，
10、s3：固定导电网络：将表面附着有传感器层的柔性基底进行硫化处理，部分传感器层嵌入至柔性基底内部；由于传感器层是由一维导电纳米材料和二维导电纳米材料构成，会形成交叉互锁结构；经过硫化过程后传感器层与被固定在柔性基底上。
11、s4：制备封装层：采用步骤s1相同的方法制备封装层；
12、s5：制备柔性传感器：在传感器层上方铺设柔性电极，在柔性电极上方铺盖封装层，然后经过硫化一体成型；制得力、热双模柔性传感器。
13、本专利技术中可对步骤s5制得的力、热双模柔性传感器进行裁剪，得到适宜尺寸的力、热双模柔性传感器。
14、本专利技术所述步骤s1中的生胶和步骤s4中的生胶相同。所述的柔性基底和封装层的厚度尺度范围要求在0.5mm-2mm。
15、作为本专利技术所述力/热双模柔性传感器的优选实施方式，所述步骤s1中的生胶和步骤s4中的生胶为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶中的一种。
16、本专利技术步骤s5中的力、热双模柔性传感器可以是任意形状的，例如正方形，长方形、六边形、不规则形状等，本领域技术人员可以根据实际需要制备。
17、本专利技术进一步改进所述的一维导电纳米材料为碳纳米管，所述的二维导电纳米材料为石墨烯。二者进行超声混合，制备出的传感层(导电网络)内部形成互锁结构，进一步提高柔性传感器的剪切机械强度。
18、本专利技术中所述的一维导电纳米材料和二维导电纳米材料(超声处理混合后)的分散液浓度范围在0.1mg/ml-2mg/ml；
19、本专利技术中所述的碳纳米管的管径：8–15nm、长度8-14μm，石墨烯(片)的厚度：1-3层、每层1-5nm，直径7-12μm。碳纳米管和石墨烯构成的导电网络厚度在5μm-100μm；每个石墨烯(片)可同时很多根碳纳米管相连，结构更牢固导电效果更佳。
20、使用上述力、热双模柔性传感器用于测试轮胎的胎侧变形程度和温度。轮胎胎侧是轮胎服役过程中极容易发生损失的部分之一。控制轮胎内部温度有助于提升轮胎服役过程中稳定性及服役寿命。
21、本专利技术使用时，将力、热双模柔性传感器贴于待测物表面或固定在其内部，使用万用表与两个电极相连、用于监测传感器信号响应。当柔性传感器发生变形时，传感器层(导电网络)的间距发生变化，改变了传感器层整体的导电特性，使得在不同变形情况下输出不同的电阻信号。本专利技术的优势是利用不同维度导电网络使得柔性传感器在监测应变时产生更高的信号响应、灵敏度高。石墨烯基导电网络在拉伸时容易产生微裂纹，导致电阻大幅增加。碳纳米管基导电网络表现出高度的相互解缠性，即使在大应变下也能保证导电路径的完整性。交错的碳纳米管和石墨烯构成的导电网络结合了以上两者优势。当柔性传感器温度升高时，电极传递出来导电层电阻值会发生改变，依据电阻信号的变化可以判断出传感器的所处的温度环境。本专利技术的传感器层(导电网络)由一维和二维导电材料相互搭接构成，使得柔性传感器不仅具有宽监测范围的同时具备高的灵敏度；交错搭接的导电网络使所设计的柔性传感器界面具有更高的界面剪切强度。本专利技术的制备方法简单、易操作，生产成本低，且制备得到的传感器能够根据实际需求定向调控传感器形状。用于轮胎结构和内部温度监测；通过观察产生的电信号的可以准确监测轮胎胎侧变形以及由于摩擦引起的生热情况。
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1.一种力、热双模柔性传感器，包括柔性基底层、传感器层、封装层及柔性电极；传感器层位于柔性基底层和封装层之间，柔性电极与传感器层相连，其特征在于，所述的传感器层由至少一种一维导电纳米材料和至少一种二维导电纳米材料混合制成；一维导电纳米材料和二维导电纳米材料按重量份配比为1：0.5-3。
2.根据权利要求1所述的力、热双模柔性传感器，其特征在于，所述的一维导电纳米材料和二维导电纳米材料按重量份配比为1：1-1.5。
3.根据权利要求1或2所述的力、热双模柔性传感器，其特征在于，所述的柔性基底层和封装层由生胶制成，所述的柔性电极使用碳纤维线或金属导线制成；所述的一维导电纳米材料包括碳纳米管、金属纳米线，所述的二维导电纳米材料包括石墨烯、Mxene、MoS2。
4.根据权利要求1或2所述的力、热双模柔性传感器，其特征在于，所述的一维导电纳米材料为碳纳米管，所述的二维导电纳米材料为石墨烯。
5.根据权利要求4所述的力、热双模柔性传感器，其特征在于，所述的碳纳米管的管径：8–15 nm、长度8-14 µm，石墨烯的厚度：1-3层、每层1-5
6.一种力、热双模柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的力、热双模柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的生胶和步骤S4中的生胶相同；所述生胶为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶中的一种。
8.一种力、热双模柔性传感器的应用，其特征在于，使用上述力、热双模柔性传感器用于测试轮胎的胎侧变形程度和温度性能。
...【技术特征摘要】
1.一种力、热双模柔性传感器，包括柔性基底层、传感器层、封装层及柔性电极；传感器层位于柔性基底层和封装层之间，柔性电极与传感器层相连，其特征在于，所述的传感器层由至少一种一维导电纳米材料和至少一种二维导电纳米材料混合制成；一维导电纳米材料和二维导电纳米材料按重量份配比为1：0.5-3。
2.根据权利要求1所述的力、热双模柔性传感器，其特征在于，所述的一维导电纳米材料和二维导电纳米材料按重量份配比为1：1-1.5。
3.根据权利要求1或2所述的力、热双模柔性传感器，其特征在于，所述的柔性基底层和封装层由生胶制成，所述的柔性电极使用碳纤维线或金属导线制成；所述的一维导电纳米材料包括碳纳米管、金属纳米线，所述的二维导电纳米材料包括石墨烯、mxene、mos2。
4.根据权利要求1或2所述的力、热...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，何仕学，韦乾雕，粟本龙，王友善，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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