[发明专利]基于同种导电材料的柔性应变传感器及其制备方法

权利要求书

1.基于同种导电材料的柔性应变传感器，柔性应变传感器为层状结构，其特征在于，包括：柔性基底，位于柔性基底上的传感区和连接区，用于保护传感区的封装层；

传感区和连接区采用同一种导电材料制备而成，传感区和连接区的尺寸大小和形状结构满足：柔性应变传感器在发生形变时，柔性应变传感器的电阻值变化由传感区决定，连接区的电阻值能够忽略不计，连接区仅用于连接传感区和外部设备；

传感区为多个矩形迂回连接，连接区为一个矩形，传感器受到变形时传感区的应变程度大于连接区；

传感区和连接区使用的导电材料均为炭黑和硅橡胶混合成的复合导电浆料；

传感区的长宽比大于连接区的长宽比。

2.根据权利要求1所述的基于同种导电材料的柔性应变传感器，其特征在于，传感区和连接区通过丝网印刷工艺一步印刷完成。

3.根据权利要求1所述的基于同种导电材料的柔性应变传感器，其特征在于，所述复合导电浆料是体积分数为9％的炭黑-硅橡胶复合导电材料。

4.根据权利要求1所述的基于同种导电材料的柔性应变传感器，其特征在于，传感区的有效长度为220mm，宽度为2mm；连接区的有效长度为20mm，宽度为20mm。

5.权利要求1-4中任一项所述柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1、使用同种复合导电材料对传感区和连接区进行设计，设计规则为传感器在发生形变时，传感器的电阻值变化由传感区决定，连接区的电阻值忽略不计，连接区只起到连接传感区和外部设备的作用；

S2、传感器的传感区和连接区使用同种复合导电材料一步印刷完成制备，然后在传感区上涂上一层硅橡胶作封装保护层，在连接区安装与外部设备连接的配件。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中将传感器的电阻变化表征为：

其中，ΔR为传感器的电阻变化值，R₀为传感器的初始电阻值，R_s0代表传感区的初始电阻值，R_c0代表连接区的初始电阻值，ε_s为传感区的应变值，ε_c为连接区的应变值，GF_s为传感区的灵敏度，GF_c为连接区的灵敏度；

通过设计使传感器的参数满足三个条件：R_s0＞＞_c0,且GF_s≥GF_c,ε_s≥ε_c。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2在连接区安装金属按扣作为与外部设备连接的配件。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，传感区和连接区的尺寸限定条件为：其中Ws、Wc分别为传感区、连接区的宽度，Ls、Lc分别为传感区、连接区的长度。