一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器制造技术

技术编号:12858042 阅读:139 留言:0更新日期:2016-02-12 15:17
本发明专利技术一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器,包括传感主体材料,封装材料,电极和柔性聚合物基体。本发明专利技术采用的主体材料是单根超长的碲微米线,不同于以往的半导体材料,主要是在很小的电压下,有应变存在时电流响应性高,适于检测,而且采用柔性基体,可以实现很大的应变范围。可用于材料基体损伤时的检测,不同方向的压应力应变检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感装置,尤其涉及一种基于超长半导体碲微米线的柔性应变传感器。
技术介绍
应变传感器被广泛应用在微电机系统,材料损伤检测,生命科学等。主要利用的是材料的压阻效应和压电效应。压阻效应是指材料在受到压力的时候,电阻发生变化。压电效应是由于受压力后,电荷的极化产生电压。压电材料主要检测电压,但是往往电压很小,而且还要施加很大的压应力。压阻材料中主要用半导体材料,导电性较好的半导体材料,在受到压应力的时候,电阻变化,电流信号容易被检测。碲(Te)是一种p型元素半导体材料,其是导电性最好的非金属材料,能带宽度极小,容易在外界物理条件下,发生电阻的转变。一维取向的碲材料可以通过水热法合成。有很多学者成功合成了碲纳米线或纳米棒,本专利技术合成了超长的碲微米线,利用其半导体压阻效应,制备成功应变传感器。压阻材料是在受到压应变时产生电阻的变化,如氧化锌,氮化镓等材料。碲能带宽度较这些材料小,导电性也较这些材料好。其可以在很小的电压下就可以检测出有无电流变化,从而确定应变的发生。在微电机系统和材料的损伤检测,测力,重量中都可以发挥更好的用处。现有的电阻应变片的基本构造一般由敏感栅、基底、盖片、引线等组成。敏感栅由高电阻系数的细丝弯曲而成栅状,是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。装置复杂,成本较高。并且对应变的方向有严格要求,需要在一定方向上使敏感栅发生形变,而且形变变化量要求高。本专利技术的柔性应变传感器,在发生压缩应变和拉伸应变,以及从各个方向只要有应变发生,均有电流的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的问题,而提供一种检测微小应变的柔性应变传感器。本专利技术的技术方案是:一种柔性应变传感器,该柔性应变传感器包括柔性聚合物基体,设置在所述性聚合物基体上的主体材料,以及主体材料的两端电极和封装材料,其中,所述主体材料是采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线,长度在1-5个毫米,直径为30-50个微米;所述电极为银浆或导电胶。进一步,所述封装材料为环氧树脂或聚二甲基硅氧烷。进一步,所述柔性聚合物基体为聚乙烯PS,聚丙烯PP或聚偏氟乙烯PVDF。进一步,所述采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线的具体步骤如下:步骤1.将0.0Olmol的二氧化碲或碲酸钠溶于30ml的浓度为lmol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中,得到A混合液,备用;步骤2.将0.15g的硼氣化钠或硼氣化钾溶于30ml的浓度为lmol/L的氣氧化钠溶液中,置于烧杯中,加入0.5g十二烷基磺酸钠,充分搅拌,得到B混合液,备用; 步骤3.将A混合液与B混合液混合后,充分搅拌,倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中,力口入去离子水稀释到80ml,盖上盖,放入不锈钢反应釜中,在温度为175°C _185°C反应20-24小时,反应结束后,洗涤,过滤,干燥得到碲微米线。本专利技术具有以下效果: 1)本专利技术所提供的测试装置可以实现在不同环境下,发生的微小应变进行检测,并实时判断应变的增减。2)本专利技术所提供的应变传感材料制备简单,成本较低。加入量均是适用于容积为100ml的聚四氟乙烯的内衬。【附图说明】图1为本专利技术中单根半导体碲微米线电子显微镜图片。图2为本专利技术柔性应变传感器的结构示意图。图3为本专利技术柔性应变传感器实施应变时的电流响应曲线。图中: 1.超长单根碲微米线,2.封装材料,3.电极材料,4.柔性聚合物基体。【具体实施方式】以下结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步说明。本专利技术中超长的碲微米线用水热法制备,步骤1.将0.0Olmol的二氧化碲溶于30ml的浓度为lmol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中,得到A混合液,备用; 步骤2.将0.15g的硼氣化钠溶于30ml的浓度为lmol/L的氣氧化钠溶液中,置于烧杯中,加入0.5g十二烷基磺酸,充分搅拌,得到B混合液,备用; 步骤3.将A混合液与B混合液混合后,充分搅拌,倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中,力口入去离子水稀释到80ml,盖上盖,放入不锈钢反应爸中,在温度为185°C反应24小时,反应结束后,洗涤,过滤,干燥得到碲微米线。附图1即为产物的扫描电镜图,其长度在3毫米,直径为30微米。步骤1.将0.0Olmol的碲酸钠溶于30ml的浓度为lmol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中,得到A混合液,备用; 步骤2.将0.15g的硼氢<化钾溶于30ml的浓度为lmol/L的氣氧化钠溶液中,置于烧杯中,加入0.5g十二烷基磺酸,充分搅拌,得到B混合液,备用; 步骤3.将A混合液与B混合液混合后,充分搅拌,倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中,力口入去离子水稀释到80ml,盖上盖,放入不锈钢反应釜中,在温度为175°C反应20小时,反应结束后,洗涤,过滤,干燥得到碲微米线。 本专利技术的柔性应变传感器器件按照下述步骤制备。基体材料PS、PP、PVDF可以由热压相应粉料制备。尺寸可以根据需要更改,本说明书中器件基体尺寸为40_X4_Xlmm。将超长的碲微米线用镊子放置于聚合物基体材料上。两端用电极材料如银浆进行粘接,并于100°C真空退火。之后用环氧树脂或聚二甲基硅氧烷进行常温封装。附图2即为柔性应变传感器的示意图。本专利技术中的柔性应变传感器,接在电压为IV的电路中,在受到应变时,例如压缩应变时,由于压阻效应而电阻变小,其电流成倍增加,并且随着应变量的增大而增大,随着应变量的减小而减小。附图3即为此柔性应变传感器发生应变时的电流响应曲线。【主权项】1.一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器,其特征在于,该柔性应变传感器包括柔性聚合物基体,设置在所述性聚合物基体上的主体材料,以及主体材料的两端电极和用于封装的封装材料,其中,所述主体材料是采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线,长度在1-5个毫米,直径为30-50微米;所述电极为银浆或导电胶。2.如权利要求1所述的柔性应变传感器,其特征在于,所述封装材料为环氧树脂或聚二甲基硅氧烷。3.根据权利要求1所述的柔性应变传感器,其特征在于:所述柔性聚合物基体为聚乙烯PS,聚丙烯PP或聚偏氟乙烯PVDF。4.根据权利要求1所述的柔性应变传感器,其特征在于,所述采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线的具体步骤如下:步骤1.将0.0Olmol的二氧化碲或碲酸钠溶于30ml的浓度为lmol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中,得到A混合液,备用; 步骤2.将0.15g的硼氣化钠或硼氣化钾溶于30ml的浓度为lmol/L的氣氧化钠溶液中,置于烧杯中,加入0.5g十二烷基磺酸,充分搅拌,得到B混合液,备用; 步骤3.将A混合液与B混合液混合后,充分搅拌,倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中,力口入去离子水稀释到80ml,盖上盖,放入不锈钢反应釜中,在温度为175°C _185°C反应20-24小时,反应结束后,洗涤,过滤,干燥得到碲微米线。【专利摘要】本专利技术一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器,包括传感主体材料,封装材料,电极和柔性聚合物基体。本专利技术采用的主体材料是单根超长的碲微米线,不同于以往的半导体材料,主要是在很小的电压下,有应变存在时电流响应性高,适于检测,而且采用柔性基体,可以实现很大的应变范围。可用于材料基体损伤时的检测,不同方向的压应力应变检测。【本文档来自技高网...
一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器

【技术保护点】
一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器,其特征在于,该柔性应变传感器包括柔性聚合物基体,设置在所述性聚合物基体上的主体材料,以及主体材料的两端电极和用于封装的封装材料,其中,所述主体材料是采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线, 长度在1‑5个毫米,直径为30‑50微米;所述电极为银浆或导电胶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:党智敏梁涛查俊伟
申请(专利权)人:北京科技大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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