[發明專利]一種仿生微結構的柔性力學傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110603521.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113340483A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 唐振華;黃培;李元慶;付紹云
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 黃濤

1.一種仿生微結構表面特征的柔性力學傳感器，包括成對設置的具有表面微結構特征的導電傳感層，且導電傳感層上具有表面微結構特征的面相對設置；

其特征在于，所述導電傳感層包括基體層；

所述基體層為，對摻入了熱膨脹微球的高分子彈性體薄膜實施加熱發泡制得的，表面具有由于內部的熱膨脹微球受熱膨脹而產生的微凸起結構的微結構薄膜材料基體層；

還包括成型在該基體層具有微凸起結構的表面上的導電涂層。

2.如權利要求1所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1，獲得均勻混合的熱膨脹微球/高分子彈性體混合液；

步驟S2，將所述熱膨脹微球/高分子彈性體混合液成型為具有一定厚度的熱膨脹微球/高分子彈性體薄膜；

步驟S3，對所述熱膨脹微球/高分子彈性體薄膜實施加熱發泡一定時間，使該薄膜內部的熱膨脹微球體積膨脹，從而使該薄膜的表面自發地產生微凸起結構，形成微結構薄膜材料；

步驟S4，在所述微結構薄膜材料的表面制備一層導電涂層，獲得具有表面微結構特征的導電傳感層；

步驟S5，將所述導電傳感層面對面組裝，并與外部電極一起封裝為柔性力學傳感器。

3.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述高分子彈性體為聚二甲基硅氧烷、鉑催化硅橡膠中的任意一種。

4.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述熱膨脹微球在所述熱膨脹微球/高分子彈性體混合液中所占的質量分數為30％—40％。

5.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，步驟S1中，通過將一定量的熱膨脹微球加入高分子彈性體溶液中，采用行星攪拌機混合均勻，同時除去溶液內部氣泡，得到熱膨脹微球/高分子彈性體混合液。

6.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：

步驟S2-1：將所述的熱膨脹微球/高分子彈性體混合液經過刮涂制備得到厚度為100μm—1mm的薄膜胚體。

7.根據權利要求6所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S2具體還包括：

步驟S2-2：對所述薄膜胚體實施干燥固化以成型出熱膨脹微球/高分子彈性體薄膜。

8.根據權利要求7所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S2-2中，所述薄膜胚體被置于溫度為30—50℃的真空環境中進行固化成型。

9.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述熱膨脹微球/高分子彈性體薄膜被置于溫度為100—130℃的真空環境中。

10.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，加熱發泡的時間為2-15min。

11.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，在制備導電涂層之前，還對微結構薄膜材料的表面進行親水處理。

12.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述親水處理采用氧等離子處理、紫外光輻照及親水處理劑處理方法中的任意一種。

13.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述導電涂層為金、鉑、石墨烯、碳納米管、聚吡咯中的一種或多種。

14.根據權利要求2所述的柔性力學傳感器的制備方法，其特征在于，所述導電涂層采用磁控濺射、噴涂及浸漬干燥中的任意一種方法制得。