[發明專利]一種導電泡沫電極結合柔性應變片的傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 202011292126.2
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112461414B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 楚亮;欒瑞霏;安航;鞏冉;毛巍威;李興鰲
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L9/06;G01L19/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常孟

本發明公開了一種導電泡沫電極結合柔性應變片的傳感器及制備方法，傳感器包括柔性片以及沿柔性片兩端對稱設置的導電泡沫；柔性片與泡沫電極接觸；柔性片由導電納米線分散在含固化劑的有機溶劑中制備；導電泡沫上設置有導線。制備過程為取導電納米線分散在含固化劑的有機溶劑中得到混合溶液；然后將混合溶液滴定在對稱放置的留有空隙的導電泡沫之間，使混合溶液填滿空隙并固化；固化完成后，從導電泡沫上引出導線作為電極得到應力阻變傳感器。本發明保證了應變片和電極間的充分和強烈的接觸，調控工藝簡單易行、成本低、制備的傳感器阻變穩定、靈敏度高。

技術領域

本發明屬于一種阻變應力傳感器，尤其涉及一種使用泡沫多孔電極及應變片的應力阻變傳感器及其制備方法。

背景技術

柔性應力傳感器具有微型、超輕、高穩定性、便于集成等優點，目前被廣泛的應用于壓力、液體的流量、加速度等方面的測量。近年來，柔性應力傳感器在電子皮膚、智能交通和智能人機交互界面等方面展示出巨大的應用價值，吸引了科研界和產業界的廣泛的關注。但是，如何利用簡單的制造方法制造出高靈敏度和穩定的柔性應力傳感器仍然是一個值得研究的方向。現有的柔性應力傳感器在制備過程中，由于應變片和電極間的接觸不完全，從而使得傳感器在應變過程中存在電極飄動的問題，外力的作用直接導致電極接觸引起的阻變，這嚴重限制了柔性應力傳感器的使用環境；因此需要研制一種解決電極接觸影響的新式柔性應力傳感器。

發明內容

發明目的：本發明的第一目的在于提供一種應變片和電極緊密接觸的應力阻變傳感器；本發明的第二目的在于提供上述應力阻變傳感器的制備方法。

技術方案：本發明的一種導電泡沫電極緊密結合柔性應變片的應力阻變傳感器，包括柔性片以及沿柔性片兩端對稱設置的導電泡沫；所述柔性片與泡沫電極接觸；其中，所述柔性片由導電納米線分散在含固化劑的有機溶劑中制備；所述導電泡沫上設置有導線。

本發明選用導電泡沫作為電極連接端，將含導電納米材料的溶液部分滲透到泡沫的孔隙內，保證了固化后的穩定接觸，其次，從泡沫電極上引出電極的兩個導線，這也區別于直接從應變片上引出導線或者利用片狀電極，由于固化作用增加了柔性片與泡沫電極接觸的牢固度。含導電納米材料的溶液具體是指：導電納米線分散在含固化劑的有機溶劑中，選用導電納米線的原因是其比表面積大，因此具有高導電性和高柔韌性，通過導電納米線的導電和柔韌性質，結合導電泡沫的導電和多孔性能，使得傳感器的穩定和持久性能提高；其中，所述導電泡沫為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鎳銅、泡沫鎳鉻鐵、泡沫鋅銅、泡沫鎳鐵中的任一種；導電泡沫的孔徑應該保證為1～100μm，導電泡沫的孔徑過大容易造成溶液滲透過于嚴重，使得成膜困難；導電泡沫的孔徑過小又不利于溶液滲透，使得電極與應變片接觸不良而引起電阻變化。

本發明還保護一種導電泡沫電極緊密結合柔性應變片的應力阻變傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、取導電納米線分散在含固化劑的有機溶劑中得到混合溶液；

步驟二、將混合溶液滴定在對稱放置的留有空隙的導電泡沫之間，使混合溶液填滿空隙并固化；

步驟三、固化完成后，從導電泡沫上引出導線作為電極，制備得到應力阻變傳感器。

進一步地，步驟一中，所述的有機溶劑中還添加酸，所述酸與有機溶劑的體積比為(0.001～0.03)：1，優選醋酸，加入微量酸可以防止納米材料的團聚，這是因為酸附著在納米材料表面，形成同電位表面，靜電斥力產生的勢壘增強了納米材料在溶液中的分散性。

進一步地，步驟一中，每1mL的有機溶劑中添加0.01～0.1g的導電納米線以及0.05～0.2g的固化劑，其中，所述的有機溶劑為PDMS、PMMS或水凝膠中任一種，優選為PDMS；所述的導電納米線為Cu納米線，Ni納米線，Au納米線，Ag納米線或碳納米管中任一種，優選為Ni納米線。