[发明专利]一种并联式柔性应变传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种并联式柔性应变传感器及其制备方法，并联式柔性应变传感器包括结构层和被封装在结构层上的若干导电聚合线路，所述结构层在背离导电聚合线路的背面设有呈阵列分布的凸起拉胀结构，所述导电聚合线路顺着结构层上的拉胀结构应变方向布置，所有导电聚合线路并联连接在两组导电胶之间，并通过导电胶引出传感器导线。本发明在制备并联式柔性应变传感器的制备方法中，通过在导电聚合线路固化过程中施加直流高压电场，诱导碳纳米导电微粒在聚合物中的取向，形成更多导电通路，从而大幅提高应变传感器的灵敏度。

技术领域

本发明涉及柔性应变传感器技术，具体涉及一种并联式柔性应变传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，由于柔性应变传感器具有精度高、测量范围广、寿命长、频率响应特性好等优点，所以得到了广泛的重视和发展。柔性应变传感器是一种依靠电阻应变作为转换元件的电阻式传感器，其主要有两种制备方法，分别为采用导电传感膜与柔性基底耦合的方式和采用导电聚合线路复合制备的方式。其中，采用导电聚合线路复合制备的方式不仅容易操作，而且可以控制传感器的机电性能，故而是制备柔性应变传感器的理想方法。这种方法中的导电聚合线路内的导电介质是导电纳米微粒，例如：石墨烯、炭黑、碳纳米管等，这些导电纳米微粒具有结晶度高、力学及电学性能优良和比表面积大等优点，因此更适合制备柔性应变传感器。

现有的制备柔性应变传感器的技术，会存在因为碳纳米材料分布不均且无规则排列，而无法达到既定灵敏度，从而浪费原材料的问题。而且，还会存在导电聚合线路导电率太低和检测电流太微弱的问题。另外，还存在使用寿命短和导电聚合线路应变率低的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有柔性应变传感器存在的碳纳米材料存在的上述问题，提供一种并联式柔性应变传感器及其制备方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种并联式柔性应变传感器，包括结构层和被封装在结构层上的若干导电聚合线路，所述结构层在背离导电聚合线路的背面设有呈阵列分布的凸起拉胀结构，所述导电聚合线路顺着结构层上的拉胀结构应变方向布置，所有导电聚合线路并联连接在两组导电胶之间，并通过导电胶引出传感器导线。

上述方案中的一种并联式柔性应变传感器，进一步的，两组所述导电胶设置在结构层上的拉胀结构应变方向两端，所有导电聚合线路的两端分别与两组导电胶搭接。

上述方案中的一种并联式柔性应变传感器，进一步的，所述结构层上还叠设有封装层，所述导电聚合线路封装于结构层和封装层之间。

本发明还公开了一种并联式柔性应变传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1：在模具凹槽内均匀涂覆第一柔性基底液，放入恒温箱中固化形成结构层；

S2：在固化的结构层表面布设导电聚合线路；

S3：将模具放入高压直流电场，使导电聚合线路沿电场线方向静置20～40min，然后放入恒温箱中将导电聚合线路固化；

S4：用导电胶将结构层上的所有导电聚合线路两端并联连接，并且将导电胶引出连接导线；

S5：待导电胶固化后，在结构层设置导电聚合线路的一面涂覆第二柔性基底液，放入恒温箱中固化实现传感器封装；

S6：脱模后得到并联式柔性应变传感器。

上述方案中的一种并联式柔性应变传感器，进一步的，所述步骤S1中，所述模具中设置拉胀结构凹模，对结构层上的凸起拉胀结构直接成型。

上述方案中的一种并联式柔性应变传感器，进一步的，在步骤S2中，在固化的结构层采用3D打印导电聚合线路，具体步骤如下：将碳纳米材料混合液装入注射器中，以模具中固化的结构层为基底，通过3D打印机在结构层表面直接打印导电聚合线路。