[发明专利]一种仿生多级结构柔性应力、应变复合式传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种仿生多级结构柔性应力、应变复合式传感器，其特征在于，其由上而下依次排列并一体成型的用于应变感知的裂缝结构层、用于应力及应变多重感知的导电弹性海绵体和用于应力感知的凸包阵列结构层一体成型制成；

其中，所述裂缝结构层在远离导电弹性海绵体的上表面具有平行裂纹阵列结构；所述凸包阵列结构层在远离导电弹性海绵体的下表面具有规则凸包阵列结构；所述裂缝结构层上表面设有上电极；所述凸包阵列结构层设有下电极，所述上电极和下电极引出一条漆包导线；

所述裂缝结构层的上表面的裂缝结构的宽度为100～200μm，裂缝间隔为100～150μm，裂缝深度为290～310μm；

所述导电弹性海绵体为多孔海绵弹性体，其孔的平均孔隙大小为400μm，分布间隔为200～600μm；

所述导电弹性海绵体具有三维多孔结构是利用方糖作为牺牲模板，通过真空灌注柔性材料制备得到，所述柔性材料为聚二甲基硅氧烷；

所述凸包阵列结构层的表面印模凸包直径为13～18μm，凸包间隔为15～20μm，平均高度为5～10μm；

所述裂缝结构层、导电弹性海绵体、凸包阵列结构层均在掺杂碳基复合材料固化过程中一体成型；无须其他粘结剂，所述掺杂碳基复合材料为PDMS与CB的混合体。

2.一种如权利要求1所述的一种仿生多级结构柔性应力、应变复合式传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备具有导电三维多孔结构的导电弹性海绵体；

S2、利用超精密加工设备或者模切技术在基底压出痕迹或者留下弯折的槽痕，并通过一次倒模制备具有裂纹反结构的模板，通过倒模制备获得具有规则裂纹结构的裂缝结构层；

S3、制备具有规则凸包反结构阵列结构或碗状结构的模板，通过倒模制备凸包阵列结构层；

S4、利用表面印模技术，在具有规则裂纹结构的裂缝结构层无裂纹结构的一面上涂敷含碳基材料的导电复合材料，然后将所述导电弹性海绵体置于复合材料上面，再往导电弹性海绵体远离裂纹反结构的一面涂敷含碳基材料的导电复合材料，将具有凸包反结构的模板无凸包结构的一面置于复合材料上面，最后放入烘箱固化一体成型；

S5、将步骤S4中固化得到的仿生多级结构柔性应力、应变复合式传感元件上下面贴上铜片电极并引出导线；

步骤S2中，制备获得具有规则裂纹结构的裂缝结构层包括如下步骤：高精度模切机在PET表面切割出平行裂纹结构，裂纹间隔的宽度为100～200μm，裂缝间隔为100～150μm；选择另一种柔性聚合物作为印模模板，制备表面具有反结构的薄膜，所述印模模板为环氧树脂AB胶，厚度为300μm；

在步骤S1中，所述导电弹性海绵体的制备采用如下方法：将方糖浸泡PDMS的合成溶液中，放入烘箱中加热得到PDMS-方糖混合体；去离子水去除方糖，得到多孔PDMS海绵体；利用含碳基材料来修饰多孔PDMS海绵体；

所述方糖浸泡PDMS的合成溶液中置于25℃真空室中放置，所述烘箱中加热的温度为80℃，时间2小时；

所述含碳基材料为炭黑(CB)、碳纳米管(CNT)或碳粉；

在步骤S4中，所述含碳基材料的导电复合材料为炭黑和PDMS重量比为1：20的混合物。