[發明專利]一種基于干燥介導自組裝的電阻式柔性應變傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201910158331.0
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN109855526B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 張俊秋;孫濤;韓志武;劉林鵬;牛士超;侯濤;王可軍;陳思琪;王大凱
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 齊勝杰

1.一種基于干燥介導自組裝的電阻式柔性應變傳感器，其特征在于，其包括：

由下而上依次排列的：柔性基底、敏感層、導電層；

所述柔性基底為柔性材料的薄膜；

所述敏感層由膠狀分散體干燥產生的薄膜制得；其上表面具有尺寸相對一致，分布均勻的裂紋陣列結構；

所述導電層上設有一對銅片電極，兩個電極分別位于導電層的兩端；

所述電極均引出一條漆包導線；

所述裂紋陣列結構是膠狀分散體通過定向干燥介導自組裝形成的平行裂縫；在自由狀態下，裂紋的寬度在1～6μm范圍內，裂紋的間距在10～40μm范圍內，裂紋的深度在1～4μm范圍內；

所述敏感層的膠狀分散體為聚苯乙烯乳膠顆粒、水性丙烯酸樹脂、二氧化鈦納米顆粒、二氧化硅納米顆粒中的任一種；

所述柔性材料為聚酰胺、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺或聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種；

所述導電層的材質為金、銀、銅或鉻金屬納米粒子，所述導電層的厚度為40～50nm，在自然狀態下其表面裂紋幾何參數與敏感層結構的幾何參數基本相同；所述敏感層干燥后厚度為9～18μm。

2.一種電阻式柔性應變傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、制備膠狀分散體水性分散液；

S2、柔性基底的預處理；

S3、利用膠狀體分散體水性分散液干燥介導自組裝法在柔性基底的上表面制備表面帶有規則裂紋陣列的敏感層；

S4、在敏感層裂紋結構表面濺射鍍膜制備導電層；

S5、在導電層兩端貼上銅片電極，并在銅片電極上分別引出一條漆包導線，獲得柔性應變傳感器；

其中，所述步驟S1包括如下操作：向去離子水中加入粒徑為40～80nm膠狀分散體溶質，得到一定濃度的膠狀分散體水性分散液，超聲振蕩后，過濾，將濾液密封靜置過夜得到所需膠狀分散體水性分散液；膠狀分散體溶質在離子水中的濃度為0.1～0.3g/mL；所述膠狀分散體溶質的材料為聚苯乙烯乳膠顆粒、水性丙烯酸樹脂、二氧化鈦納米顆粒、二氧化硅納米顆粒中的任一種；

所述步驟S3包括如下操作：取S1中預先配置好的膠狀分散體水性分散液超聲振蕩，并將其均勻滴到柔性基底上端；所述柔性基底呈一定角度傾斜放置，在重力作用下膠狀分散體水性溶液自由流淌覆蓋柔性基底表面；進行干燥，膠狀分散體水溶液中的水分蒸發并在與空氣接觸的表面逐漸產生相互平行的裂紋。

3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2預處理為將柔性基底依次用水、丙酮和異丙醇超聲清洗，之后用氮氣干燥。

4.如權利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，在步驟S3中，所述超聲的時間為10～30分鐘，所述柔性基底的厚度為100μm，所述敏感層的厚度為15μm，在步驟S4中，所述導電層的厚度為40～50nm。