[发明专利]一种同时调控灵敏度和可延展性的应力传感器及制备方法

说明书

本发明提出一种同时调控灵敏度和可延展性的应力传感器，所述应力传感器为在工作时可承受形变的片形结构，包括以可延展的柔性衬底连接并固定的应力传感件A和应力传感件B；所述应力传感件A的灵敏度大于应力传感件B，可耐受形变量小于应力传感件B；所述应力传感件A和应力传感件B电性连接；所述应力传感件B的可耐受形变量接近于或等于柔性衬底的可耐受形变量；所述应力传感件B位于应力传感器工作时柔性衬底形变量大的部位；本发明可以同时调控柔性传感器的灵敏度和可延展性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是一种同时调控灵敏度和可延展性的应力传感器及制备方法。

背景技术

柔性电子由于其在健康医疗和表皮电子等领域的广阔应用前景吸引了全世界的关注。不同的可延展器件如显示器、集成电路、能量转换单元、传感系统得到了大力发展，作为最重要和最典型的器件，应力传感器在许多方面更是取得了重大突破。应力传感器的材料来源广，制备简单，灵敏度高且容易集成。目前应力传感器的灵敏度已经超过5000，可延展性也超过了900%。

一方面采用各种新型纳米材料来提高其灵敏度，另一方面可以在材料表面引入裂纹来提高灵敏度。而对于可延展性而言，各种微结构如褶皱、U型、网状等引入到导电表面来提高可延展性。然而，在制备应力传感器的时候，很难同时兼顾灵敏度和可延展性。灵敏度高的应力传感器一般不能承受大的应变，而可延展性高的应力传感器其灵敏度很低。

为了解决灵敏度和可延展性的兼容问题，实现高灵敏度高可延展性的应力传感器，我们发明了一种可以同时调控传感器灵敏度和可延展性的应力传感器及制备方法。该方法是基于拉伸情况下可延展柔性衬底的应力分布，衬底两端的应变大，中间区域的应变小。所以将高灵敏度的应力传感器置于中间区域，将高可延展性的应力传感器置于两端，充分应用两种器件的优势。该方法简单易行，几乎不受材料和结构的限制，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明提出一种同时调控灵敏度和可延展性的应力传感器及制备方法，可以同时调控柔性传感器的灵敏度和可延展性。

本发明采用以下技术方案。

一种同时调控灵敏度和可延展性的应力传感器，所述应力传感器为在工作时可承受形变的片形结构，包括以可延展的柔性衬底（1）连接并固定的应力传感件A（3）和应力传感件B（2）；所述应力传感件A的灵敏度大于应力传感件B，可耐受形变量小于应力传感件B；所述应力传感件A和应力传感件B电性连接；所述应力传感件B的可耐受形变量接近于或等于柔性衬底的可耐受形变量；所述应力传感件B位于应力传感器工作时柔性衬底形变量大的部位。

当应力传感器为用于拉伸应力测试的应力传感器时，所述片形结构呈矩形，所述应力传感件A位于片形结构的中部，所述应力传感件B位于片形结构的边沿部。

所述应力传感件A和应力传感件B以含导电纳米颗粒的粘合剂固定于柔性衬底的同一面；所述片形结构边沿处设有应力传感器的引线（5）。

所述柔性衬底以含导电纳米颗粒的粘合剂形成应力传感件A和应力传感件B之间的电性连接（4）。

所述应力传感件B感应面的敏感材料包括褶皱碳材料、褶皱金属或褶皱有机电极；所述褶皱碳材料为褶皱石墨烯或褶皱碳纳米管；所述褶皱金属包括但不限于褶皱金或褶皱银；所述褶皱有机电极包括但不限于PEDOT:PSS；

所述应力传感件A感应面的敏感材料包括但不限于平面碳材料、导电金属、导电合金或有机电极；

所述导电纳米颗粒为金属纳米材料，所述金属纳米材料包括但不限于纳米金或纳米银；

所述柔性衬底的村料为聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或氟硅树脂其中的一种或几种。

所述柔性衬底的可延展性在0～1000%之间，其厚度在0.1mm~1mm之间。