本发明专利技术公开了一种高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器及其应用，所述传感器包括磁性应变敏感材料，该磁性应变敏感材料包括橡胶基体以及均匀分布在橡胶基体中的导电粒子和磁性粒子。本发明专利技术所述传感器为一种同时具有接触和非接触式的双模态传感器，不仅能够通过应变的接触模式受到外界机械刺激，而且还可以通过磁响应的非接触模式应用于智能产品。过磁响应的非接触模式应用于智能产品。过磁响应的非接触模式应用于智能产品。
【技术实现步骤摘要】
一种高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器及其应用
[0001]本专利技术属于传感器
，尤其涉及一种高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器及其应用。
技术介绍
[0002]随着柔性电子设备的发展，柔性传感器在人机交互、智能机器人、生物医学和电子皮肤等的应用中越来越备受关注。据报道，用于接触感知和非接触感知的双模态设备对于下一代人工智能应用具有重要意义。值得注意的是，尽管对于单一工作模式的应变或者磁场传感器在柔性电子学已经得到了较快的发展，但它们仍存在来源单一的问题，无法满足日益增长多功能的需求。因此，要设计出具有接触和非接触式的双模态传感器，不仅能够通过应变的接触模式受到外界机械刺激，而且还可以通过磁响应的非接触模式应用于智能产品。
[0003]目前，大多数报道的应变传感器对拉伸/弯曲刺激敏感，显示出单一的机械刺激响应模式，但具有高拉伸性和高灵敏度多模态感知的柔性传感器已经引起了广泛关注，其中利用磁性材料制造双模态柔性应变传感器的研究较少。现有柔性应变传感器接触传感方面的导电填料包括CB(carbon black，炭黑)、碳纳米管和Mxene等材料。由于磁性材料的脆性严重干扰了传感器的长久使用，因此如何将非磁性材料基体与磁性材料颗粒结合，获得具有磁制动特性的磁复合材料，从而有利于应变传感器以非接触方式响应，给予了传感器磁性/应力耦合传感特性，这对于目前传感器的开发具有重要意义。
[0004]基于接触式的应变传感器虽然可以直接监测来自人体的动作，然而在诸如键盘、遥控器、电梯等总是需要人频繁直接接触，传统意义上的接触传感和操作上无法避免机械磨损和疲劳制约这些缺点，因此通过接触式和非接触式模式实现精准传感在安检、智能控制等广泛领域中被追求。同时，在COVID
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19的背景下，处于医疗设备落后的环境中直接接触生活设备可能会感染细菌和病毒，所以具有超稳定的非接触式磁性/应变传感器保护人们免受细菌和病毒的侵害，在下一代人工智能产品中引起广泛的研究。因此，开发具有双模态工作模式的柔性磁性/应变传感器成为了智能电子产品迫切的需求。
技术实现思路
[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提供了一种高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器及其应用，所述传感器为一种同时具有接触和非接触式的双模态传感器，不仅能够通过应变的接触模式受到外界机械刺激，而且还可以通过磁响应的非接触模式应用于智能产品。
[0006]本专利技术提出的一种高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器，包括磁性应变敏感材料，该磁性应变敏感材料包括橡胶基体以及均匀分布在橡胶基体中的导电粒子和磁性粒子。
[0007]本专利技术中，橡胶基体中均匀分布有导电粒子和磁性粒子的磁性应变敏感材料是一
种同时具有磁致动特性和应变响应特性的复合材料，当其应用于传感器中，保证所述传感器具有应变传感功能和柔韧性同时，还具有磁性敏感特性，由此得到了一种兼有良好接触传感功能和非接触传感功能的传感器。
[0008]优选地，所述橡胶基体为硅橡胶，所述导电粒子为炭黑，所述磁性粒子为 Fe3O4微粒；
[0009]本专利技术中，硅橡胶作为基体橡胶，固化成型后具有很好的柔韧性，保证了所得磁性应变敏感材料的柔韧性；炭黑作为导电粒子，易于在硅橡胶中分散，赋予所得磁性应变敏感材料良好的应变敏感特性，保证了良好的传感功能； Fe3O4微粒作为磁性粒子，当分散在硅橡胶中时，既赋予磁性应变敏感材料良好的磁致敏感特性，又能促进导电粒子在硅橡胶中的均匀分散，进一步改善了所得磁性应变敏感材料的应变伸长特性，有利于制造出高性能的柔性磁性/应变传感器。
[0010]优选地，所述Fe3O4微粒的粒径为1
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10μm，所述炭黑的粒径为8
‑
500nm。
[0011]本专利技术中，Fe3O4微粒的粒径对所得磁性应变敏感材料的拉伸强度等力学性能有显著影响，选择粒径为1
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10μm的Fe3O4微粒，既能赋予所得材料更强的力学性能，又能避免微粒粒径过小造成团聚。
[0012]优选地，所述炭黑和Fe3O4微粒的重量比优选为1:10，硅橡胶与Fe3O4微粒的重量比优选为1:1。
[0013]本专利技术中，炭黑和Fe3O4微粒分别作为填充粒子，由于Fe3O4微粒相对炭黑具有较大的长径比，当加入硅橡胶中，二者能够形成类似“葡萄串”的结构，获得新的导电通路，进而发挥协同增强的效果；因此不同比例的炭黑和Fe3O4微粒或者硅橡胶与Fe3O4微粒复配后，可以分别构建出不同的导电路径，由此导致传感器产生性能上的差异；本专利技术人发现，当炭黑和Fe3O4微粒的重量比为 1:10，硅橡胶与Fe3O4微粒的重量比为1:1时，传感器可获得最佳的磁性/应变传感功能。
[0014]优选地，所述磁性应变敏感材料是通过将导电粒子和磁性粒子分散在溶剂中形成分散液后，再与橡胶基体混匀，干燥后得到。
[0015]优选地，所述磁性/应变传感器具体包括：上衬底层、下衬底层以及位于上衬底层与下衬底层之间，且由所述磁性应变敏感材料制成的应变传感层。
[0016]本专利技术中，上衬底层和下衬底层用于传递力载荷，同时密封保护所述应变传感层。
[0017]优选地，所述上衬底层和下衬底层均由硅橡胶制成。
[0018]优选地，所述磁性/应变传感器还具体包括：位于应变传感层与上衬底层或下衬底层之间，且与应变传感层表面接触的左电极和右电极。
[0019]本专利技术中，电极对与应变传感层表面接触，用于在外部压力作用下形成对应变化的可测量电阻。
[0020]优选地，左电极、右电极均连接有外部导线。
[0021]本专利技术提出一种上述高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器的制备方法，包括：
[0022]S1、将磁性应变敏感材料的溶液旋涂于模具上，干燥固化后脱模，即得到应变传感层；
[0023]S2、将导电银胶溶液分别沉积在应变传感层的两端表面上形成左电极和右电极后，再将上衬底层和下衬底层分别粘合在应变传感层的上、下两表面上，即得到所述磁性/
应变传感器。
[0024]本专利技术还提出一种上述传感器在接触磁性键盘或人体动作监测装备上的应用。
[0025]本专利技术中，所述传感器为一种全柔性结构，相比于传统刚性力传感器，具有更广泛的应用领域，包含但不限于接触磁性键盘或人体动作监测装备等相关领域的应用。
附图说明
[0026]图1为本专利技术所述传感器的整体结构示意图；
[0027]图2为本专利技术所述传感器的组装部件示意图；
[0028]图3为本专利技术所述传感器部分结构拆装后的示意图；
[0029]图4为本专利技术所述传感器的制备工艺流程图；
[0030]图5为实施例1所述传感器的应变传感层的扫描电子显微镜图像；
[0031]图6为实施例1所述传感器的拉伸应力分布示意图；
[0032]图7为实施例1所述传感器的弯曲应力分布示意图；
[0033]图8为实施例1所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器，其特征在于，所述传感器包括磁性应变敏感材料，该磁性应变敏感材料包括橡胶基体以及均匀分布在橡胶基体中的导电粒子和磁性粒子。2.根据权利要求1所述的高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器，其特征在于，所述橡胶基体为硅橡胶，所述导电粒子为炭黑，所述磁性粒子为Fe3O4微粒；优选地，所述Fe3O4微粒的粒径为1
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10μm，所述炭黑的粒径为8
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500nm。3.根据权利要求2所述的高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器，其特征在于，所述炭黑和Fe3O4微粒的重量比优选为1:10，硅橡胶与Fe3O4微粒的重量比优选为1:1。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器，其特征在于，所述磁性应变敏感材料是通过将导电粒子和磁性粒子分散在溶剂中形成分散液后，再与橡胶基体混匀，干燥后得到。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的高拉伸高响应柔性双模磁性/应变传感器，其特征在于，所述磁性/应变传感器具体包括：上衬底层(1)、下衬底层(3)以及位于上衬底层(1)与下衬底层(3)之间，且由所述磁性应变...
【专利技术属性】
技术研发人员：高永慧，洪炜强，郭小辉，汤茜，张旗，李季，
申请(专利权)人：吉林师范大学，
类型：发明
国别省市：
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