[發明專利]一種彈性應力分布傳感陣列及其制備方法

在審

• 申請號: 201810258097.4
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108801514A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 尚杰;鄭亞楠;李潤偉;劉宜偉;郁哲;龍婷玉
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發明公開了一種彈性應力分布傳感陣列。該傳感陣列包括頂電極、底電極，以及位于頂電極和底電極之間的介質層；介質具有良好的變形能力，受到與其厚度方向平行的應力作用前后其電阻發生變化；頂電極與底電極分別具有導電性，位于介質層的上下表面，由若干相互平行且存間距的包含液態金屬的彈性導電體構成，并且頂電極與底電極的彈性導電體形成一定夾角。該傳感陣列結構簡單，具有柔韌性，可探測復雜彎曲的表面，通過測量所述彈性應力分布傳感陣列中的各區域受到與介質層厚度方向平行的應力作用前后，頂電極、介質層以及底電極之間的電阻變化，得到應力分布信息。

技術領域

本發明涉及柔性電子技術和傳感器技術領域，特別是涉及一種彈性應力分布傳感陣列及其制備方法。

背景技術

隨著柔性電子技術的發展，全球范圍內對電子器件的柔性化要求越來越迫切。應用于應力分布測試的傳感器在體育科學領域、醫學應用領域均有廣泛應用。例如在醫學領域，可以通過對人體足底應力分布的分析進行骨科檢測以及足部疾病的診斷，同時可對下肢損傷的病人進行康復評價。

目前，市場上大部分檢測應力分布的傳感器具有剛性結構，其電極部分仍采用傳統金屬。在使用過程中，這種剛性結構可承受非常大的沖擊力，但是無法拉伸、沒有彈性，不僅使用舒適度低，而且無法對復雜彎曲的表面進行精確的應力探測。

發明內容

針對上述應力分布傳感器的技術現狀，本發明提供了一種彈性應力分布傳感陣列，具有良好的彈性，可用于復雜彎曲的表面，能夠精確探測應力的分布。

本發明所采用的技術方案是：一種彈性應力分布傳感陣列，包括頂電極、底電極，以及位于頂電極和底電極之間的介質層；

介質層由絕緣的彈性材料A與導電材料混合固化而成，具有良好的變形能力，受到與其厚度方向平行的應力作用前后其電阻發生變化；

頂電極具有導電性，位于介質層上表面，由若干相互平行且存間距的第一彈性導電體構成，并且相鄰第一彈性導電體之間的間距相等；

底電極具有導電性，位于介質層下表面，由若干相互平行且存間距的第二彈性導電體構成，并且相鄰第二彈性導電體之間的間距相等；

所述第一彈性導電體與第二彈性導電體形成一定夾角；

所述第一彈性導電體與第二彈性導電體包含液態金屬，具有良好的導電性和變形能力，可與介質層發生同步變形；

作為優選，所述第一彈性導電體與第二彈性導電體的夾角為90度。

所述彈性材料A具有良好的柔韌性，包括但不限于脂肪族芳香族無規共聚酯(Ecoflex)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅膠、橡膠、樹脂、水凝膠、聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、聚乙烯辛烯共彈性體(POE)、熱塑性彈性體(TPE)等中的一種或者幾種。

所述導電材料包括但不限于石墨烯、碳粉、炭黑、碳納米管、銀粉、銀納米線、銅納米管、液態金屬中的一種或者幾種。

所述液態金屬是在室溫下具有良好的導電性和流動性的金屬導電材料，包括但不限于汞、鎵基合金，例如鎵銦合金、鎵銦錫合金等，以及過渡族金屬、固態非金屬元素的一種或幾種摻雜的鎵基合金。

作為優選，所述第一彈性導電體還包含第一彈性材料，所述第一彈性材料具有良好的柔韌性，包括但不限于脂肪族芳香族無規共聚酯(Ecoflex)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅膠、橡膠、樹脂、水凝膠、聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、聚乙烯辛烯共彈性體(POE)、熱塑性彈性體(TPE)等中的一種或者幾種。