[發明專利]一種測量溫度和應變的雙模態柔性傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202111003477.1
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113720386A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 劉宜偉;楊夢宇;巫遠招;李潤偉;王正平;王藝范;何志豪
• 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: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;C23C28/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明公開了一種測量溫度和應變的雙模態柔性傳感器，包括設于最外側的兩柔性襯底(1)，兩柔性襯底(1)的外表面分別附著應變敏感材料(4)，內表面分別覆蓋電極(3)，兩電極(3)間夾有介電材料層(2)；所述的柔性襯底(1)為柔性薄膜，不導電。該雙模態柔性傳感器利用應變敏感材料的電阻隨應變發生變化及介電材料的介電常數ε和厚度d隨溫度發生變化實現溫度和應變雙模態測量。此外，該雙模態柔性傳感器結構簡單、制備和使用方法簡單高效，測溫范圍廣，可以實現20～200℃的溫度測量、0～2000με的應變測量，測量精度高、溫度測量誤差約為4.44％，應變測量誤差約為6.5％，可應用于汽車胎壓與溫度的檢測。

技術領域

本發明涉及溫度、應變探測技術領域，尤其涉及一種測量溫度和應變的雙模態柔性傳感器及其制備方法。

背景技術

溫度直接影響著器件或材料的物理性質、化學性質等。柔性溫度傳感器具備良好的柔韌性、可拉伸性、可以自由彎曲甚至折疊，結構形式靈活多樣，能夠非常方便地對被測量進行檢測。柔性溫度傳感器的傳感機理是指傳感器將被測的溫度信號轉化為電信號的信號轉換機制，即通過柔性溫度傳感器電信號的變化可以及時檢測到器件的運行是否正常，解決運行溫度過高的問題，增加器件的使用壽命。

柔性應變傳感器在電子皮膚、醫療保健、運動器材等領域受到廣泛應用，柔性應變傳感器的傳感機理是指傳感器將被測的應變信號轉化為電信號的信號轉換機制，主要分為壓阻效應，電容效應和壓電效應三大部分。應變是器件的重要性能參數之一，探測高溫下的應變對于軸承工作狀態監測有著重要的意義。

而為了能夠實現傳感器設備的高度集成化，研制可實現溫度測量和應變測量的雙模態柔性傳感器是當前技術的難點之一。

公開號為CN106017718B的中國專利文獻中公開了一種柔性溫度傳感器，該溫度傳感器包括：上、下層柔性襯底；置于襯底上的電極；電極之間的溫度敏感材料；電極材料采用金屬材料或碳粉材料加工而成，電極加工方法采用絲網印刷方式。

公開號為CN112857468A的中國專利文獻中公開了一種雙模態傳感器，包括：彈性基體，導電材料和磁性敏感材料；所述的彈性基體不導電；所述的導電材料附著在彈性基體表面；所述的磁性敏感材料插入彈性基體內，該雙模態傳感器能夠同時測量應變和磁場強度，互不干擾，制備和使用方法簡單、高效。

發明內容

本發明提供了一種測量溫度和應變的雙模態柔性傳感器，可以實現溫度和應變的同時測量、互不干擾、結構簡單、制備和使用方法簡單高效，測溫范圍廣，可以實現30～200℃的溫度測量、0～2000με的應變測量。

具體采用的技術方案如下：

一種測量溫度和應變的雙模態柔性傳感器，包括設于最外側的兩柔性襯底，兩柔性襯底的外表面分別附著應變敏感材料，內表面分別覆蓋電極，兩電極間夾有介電材料層；所述的柔性襯底為柔性薄膜，不導電。

所述的柔性襯底具有柔軟、低模量、易變形等特點，優選的，所述的柔性襯底由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、三元乙丙橡膠(EPDM)中的至少一種制成。

進一步優選的，所述的柔性襯底為聚酰亞胺薄膜。

所述的電極由電極材料制成，優選的，電極材料為固態導電金屬、導電聚合物、無機碳系導電材料或液態金屬。

所述的無機碳系導電材料包括但不限于石墨、碳納米管、石墨烯等。

所述的液態金屬為汞、鎵、鎵銦合金或鎵銦錫合金；優選的，液態金屬為摻雜過渡族金屬、固態非金屬元素的一種或幾種的鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金。

進一步優選的，所述的電極材料為鎵銦合金液態金屬。