[发明专利]一种纳米导电纤维/高分子复合材料应变传感器

说明书

本发明公开了一种纳米导电纤维/高分子复合材料、其制备方法和应用，纳米导电纤维/高分子复合材料由以下原料按质量百分比混合组成：纳米导电纤维材料0.5~5%，高分子材料95~99.5%。该制备方法是按前述的质量百分比将纳米导电纤维加入到液体状态下的高分子材料基体中，进行机械搅拌10~30分钟，利用涂布设备，将混合物涂布成0.1~1毫米厚的薄膜材料进行固化。应用纳米导电纤维/高分子复合材料制作的应变传感器，包括纳米导电纤维/高分子复合材料薄膜方片，复合材料薄膜方片上有激光烧蚀折线，激光烧蚀折线端为电极，用导电胶连接电极和导线。

技术领域

本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及一种纳米导电纤维/高分子复合材料、该纳米导电纤维/高分子复合材料的其制备方法、应用该复合材料制作应变传感器的方法和纳米导电纤维/高分子复合材料应变传感器。

背景技术

应变是一个在工程实践中经常用到的物理量，在结构设计、地质勘探和航空航天等领域都需要对应变进行测量并实时检测。应变有诸多测量方法，如非接触式光学测量法和接触式传感器测量法。非接触式光学测量法易操作，测量结果显示直观，但应变云图较粗糙，不够准确，在要求高精度应变测量场合并不适用。

现有接触式传感器测量法为应变电测法，该方法可以较为准确的得到某一个点的应变值，所需的测试装备为箔式电阻应变片和应变测试仪。箔式电阻应变片一般由敏感栅、基体、引出导线和其他辅助部分等组成，当应变片被粘贴于被测点表面时，随着结构变形，贴附点产生的应变就会传递到应变片的敏感栅上，由于敏感栅的压阻效应，产生微弱的电信号并由引出线输出，电阻变化相当微弱，需要使用数字电桥配合应变测试仪来放大信号，转换并反馈成应变信号。

发明内容

针对现有接触式传感器存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种纳米导电纤维/高分子复合材料应变传感器，用该复合材料制作的应变片能够产生强电阻变化，避免使用应变测试仪，克服箔式应变片灵敏度低的缺点。本发明还提供该复合材料的制备方法，并提供一种应用该复合材料制作应变传感器的方法。

为了解决上述技术问题

本发明提供一种纳米导电纤维/高分子复合材料应变传感器，所述的纳米导电纤维/高分子复合材料由以下原料按质量百分比混合组成：纳米导电纤维材料0.5～5％，高分子材料95～99.5％；包括纳米导电纤维/高分子复合材料薄膜方片，复合材料薄膜方片上有激光烧蚀折线，激光烧蚀折线端为电极，用导电胶连接电极和导线。

所述纳米导电纤维选取碳纳米管、纳米碳纤维或纳米银线。

所述高分子材料选取聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯或橡胶。

本发明提供的一种纳米导电纤维/高分子复合材料的制备方法：按上述质量百分比，将纳米导电纤维加入到液体状态下的高分子材料基体中，进行机械搅拌10～30分钟，利用涂布设备，将混合物涂布成0.1～1毫米厚的薄膜材料进行固化。

对使用固化剂的高分子材料，在纳米导电纤维加入到液体状态下的高分子材料基体中进行机械搅拌之后，加入适量固化剂，再次机械搅拌5～10分钟。

本发明还提供一种应用该纳米导电纤维/高分子复合材料制作应变传感器的方法：将上述制备的纳米导电纤维/高分子复合材料薄膜进行剪裁，使用激光雕刻机在功率为0.5～6瓦特、速度为1毫米/秒～100毫米/秒下，对复合材料薄膜进行激光烧蚀，烧蚀后的部分为应变感应体，用导电胶连接电极和导线，即制成纳米导电纤维/高分子复合材料应变传感器。

本发明的技术效果是：