[發(fā)明專利]一種裂紋應(yīng)變式仿生傳感器的可控制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710472309.4
• 申請(qǐng)日: 2017-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN107202538B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張俊秋;陳思琪;王可軍;陳文娜;韓志武;陳道兵;劉林鵬;牛士超;宋洪烈;張卡;朱斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/16
• 分類號(hào): G01B7/16
• 代理公司: 吉林省長(zhǎng)春市新時(shí)代專利商標(biāo)代理有限公司 22204
• 代理人: 石連志

本發(fā)明公開了一種基于蝎子縫感受器形態(tài)結(jié)構(gòu)的裂紋應(yīng)變式仿生傳感器的可控制造方法，仿生傳感器是由柔性材料、溶脹材料、金屬材料、粘合劑及有機(jī)溶劑制成，將溶脹材料涂覆于柔性材料之上，并將金屬材料制成中部頸縮狀，使用粘合劑粘合于溶脹材料上；再將有機(jī)溶劑滴入金屬材料頸縮部位，使其滲透至溶脹材料，通過溶脹材料膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力促使金屬材料應(yīng)力集中部位產(chǎn)生斷裂，形成裂紋，并將樣品進(jìn)行干燥，使溶脹材料恢復(fù)形變。通過控制溶脹材料層、金屬材料層的厚度以及有機(jī)溶劑的種類等因素來對(duì)裂紋應(yīng)變傳感器的幾何尺寸進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)裂紋應(yīng)變式仿生傳感器的可控制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于應(yīng)變傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種裂紋應(yīng)變式仿生傳感器的可控制造方法。

背景技術(shù)

應(yīng)變傳感器是將待測(cè)對(duì)象的受力及形變轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種傳感器。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器早已廣泛滲透于諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)等有關(guān)社會(huì)發(fā)展及人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，因此，設(shè)計(jì)出體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高的應(yīng)變傳感器具有重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景。

隨著仿生學(xué)的不斷發(fā)展，許多科學(xué)和工程難題都可以從生物界獲得靈感。蝎子的縫感受器是一種極為敏感的機(jī)械感受器，可以準(zhǔn)確分辨獵物與天敵的細(xì)微差別，為研發(fā)高靈敏的仿生傳感器提供了天然的生物藍(lán)本?；谛涌p感受器形態(tài)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的可控裂縫式應(yīng)變傳感器，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在人體健康及運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，智能機(jī)器人，人機(jī)交互設(shè)備，醫(yī)療器械等領(lǐng)域都具有潛在應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在對(duì)蝎子縫感受器形態(tài)結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，提供一種裂紋應(yīng)變式仿生傳感器的可控制造方法。

本發(fā)明的步驟如下：

步驟1.選擇一種柔性材料作為基板，并在其上涂覆一層溶脹材料；所述的柔性材料為PET，所述的溶脹材料的厚度為40μm，所述的溶脹材料為環(huán)氧樹脂。

步驟2.選擇一種金屬電極，將金屬電極的中部制成頸縮狀，使其產(chǎn)生應(yīng)力集中；所述的金屬電極為Ag電極；所述頸縮狀的寬度為10μm，內(nèi)角為270°。

步驟3.選擇一種粘合劑將金屬電極與溶脹材料進(jìn)行粘合；所述的粘合劑材質(zhì)為Cr。

步驟4.選擇一種有機(jī)溶劑，選用標(biāo)準(zhǔn)為溶脹材料在該溶劑中膨脹產(chǎn)生的形變遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于柔性基底的形變；所述的有機(jī)溶劑為乙醇、丙酮或甲醇。

步驟5.將有機(jī)溶劑滴于金屬電極材料上并使其浸透金屬電極頸縮狀部分，靜置一段時(shí)間，溶脹材料發(fā)生膨脹，電極金屬材料由于應(yīng)力集中產(chǎn)生斷裂，裂紋快速擴(kuò)展，金屬被分成兩個(gè)部分。

步驟6.金屬電極裂紋產(chǎn)生后，將有機(jī)溶劑進(jìn)行清理，并將樣件進(jìn)行干燥處理，使有機(jī)溶劑逐漸揮發(fā)，溶脹材料逐漸恢復(fù)原狀。

步驟7.引出電極，接入測(cè)量電路，測(cè)試其作為應(yīng)變式傳感器的傳感參數(shù)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明是一種基于蝎子縫感受器形態(tài)結(jié)構(gòu)研究的裂紋式仿生傳感器的可控制造方法，通過控制溶脹材料層、金屬電極材料層的厚度以及有機(jī)溶劑的種類等因素來對(duì)裂紋應(yīng)變傳感器的幾何尺寸進(jìn)行調(diào)整。該方法制造的裂紋應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好、靈敏度高且易于批量化生產(chǎn)，在可穿戴式傳感器領(lǐng)域有極大的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是金屬電極的頸縮部位未滴加有機(jī)溶劑前的示意圖。

圖2是金屬電極的頸縮部位滴加有機(jī)溶劑后的示意圖。

具體實(shí)施方式