[發明專利]一種效果可視化的仿生超敏應變傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010122016.5
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111307107B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 張俊秋;孫濤;韓志武;侯濤;牛士超;穆正知;劉林鵬;孟憲存;張昌超;陳豫;秦曉靜;王大凱;劉慶萍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 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

本發明提供一種效果可視化的仿生超敏應變傳感器及其制備方法，該應變傳感器包括由上而下依次設置的熱致變色層、導電功能層以及用于應變感知的裂縫結構層；其中熱致變色層具有規則排布的孔洞結構；裂縫結構層的上表面具有規則有序的裂縫陣列結構，裂縫結構層的上表面為裂縫結構層靠近導電功能層一側的表面；導電功能層具有兩個電極，分別設置在導電功能層的兩端。本發明利用裂縫結構層的裂縫側壁在變形過程中重復張開?閉合，實現靈敏感知外界微小應變，極大地提高應變感知靈敏度和柔性，克服傳統剛性傳感器存在的疏察問題，當仿生超敏應變傳感器發生形變后，通過焦耳熱改變溫度，使得熱致變色層顏色發生改變，實現應變效果可視化。

技術領域

本發明涉及柔性傳感器技術領域，尤其涉及一種效果可視化的仿生超敏應變傳感器及其制備方法。

背景技術

近年來，人與各類電子產品之間的交互越來越多，對廣大用戶來說，將傳感器監測得到的信號轉換成可以清晰識別的信號，如顏色、質地、聲音和味道等變得越來越重要。這就要求傳感元件可以精確檢測到外界或體表信號刺激，并迅速轉換成各種可以被用戶直接識別的信息。

目前，應變傳感器接收微小刺激，實現信號可視化在各種精細的領域需求極大，如醫療設備，包括腫瘤生長監測、臨床病患的心率監測、呼吸監測和安全設備，包括管道的裂縫檢測和移動電池的故障/爆炸檢測。隨著清晰信號識別的重要性日益突出，采用機械信號的可視化，實時監控傳感元件的工作狀態，面臨著巨大的挑戰。為實現機械信號的讀取與識別，傳統的手段往往需要復雜的信號處理電路與傳感器配合，操作繁瑣、耗時，并且還需要具有高功耗的數據采集系統。另外，當前應變傳感元件靈敏度系數不足，無法檢測特定工況下的微小應變，或者受自身材料性質的影響，無法完美貼合物體表面，存在傳感器“疏察”的現象。

基于上述，現有技術中對于微小刺激的檢測與接收存在靈敏度系數不足，無法對檢測結果實時可視化的問題。

上述缺陷是本領域技術人員期望克服的。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術的上述問題，本發明提供一種效果可視化的仿生超敏應變傳感器及其制備方法，解決現有技術中對于微小刺激的檢測與接收存在靈敏度系數不足，無法對檢測結果實時可視化的問題。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

一方面，本發明提供一種效果可視化的仿生超敏應變傳感器，其包括：

由上而下依次設置的熱致變色層、導電功能層以及用于應變感知的裂縫結構層；

其中所述熱致變色層具有規則排布的孔洞結構；

裂縫結構層的上表面具有規則有序的裂縫陣列結構，所述裂縫結構層的上表面為所述裂縫結構層靠近所述導電功能層一側的表面；

所述導電功能層具有兩個電極，分別設置在導電功能層的兩端。

在本發明的一種示例性實施例中，所述熱致變色層具有三維孔洞結構，孔徑為150～200μm，孔洞的間距為50～100μm。

在本發明的一種示例性實施例中，所述裂縫陣列結構中包括多個裂縫，其中裂縫的寬度為2～5μm，裂縫的間隔為10～15μm，裂縫的深度為3～4μm。

另一方面，本發明還提供一種效果可視化的仿生超敏應變傳感器的制備方法，包括：

S1：制作具有規則排布圓柱結構的第一模板；

S2：將至少三種熱變色顏料與聚二甲基硅氧烷PDMS的預聚物按照質量比為1：2的比例進行混合，加入固化劑得到柔性熱變色復合物；

S3：將所述柔性熱變色復合物涂覆在所述第一模板上并進行固化，從所述第一模板上剝離得到熱致變色層；