一种柔性应变传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性应变传感器及其制备方法，所述柔性应变传感器包含衬底、粘附层、金属层以及电极等。所述衬底具有螺旋结构，所述粘附层在衬底的表面粘附金属层，所述金属层在衬底上形成导电通路，且具有可通过打开或闭合改变传感器电阻的裂纹结构。本发明专利技术提供的柔性应变传感器具有超高拉伸性能，同时还能对弯曲、扭变等形变进行监测，灵敏度高、适用范围广，使用寿命长，对推进智能监测、医疗健康和个性化可穿戴智能产品等领域的发展具有重要意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性应变传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于柔性电子器件
，具体涉及一种柔性应变传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性电子(Flexible Electronics)是一种技术的通称，是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性基板上的新兴电子技术。相对于传统电子，柔性电子具有更大的灵活性，能够在一定程度上适应不同的工作环境，满足设备的形变要求，是目前电子研发的一个重要方向。
[0003]柔性电学传感器件属于柔性电子的一种，能够将周围环境中的变量信号转换为可被测试或可直接输出的电信号，如电压、电容、电阻和电感等。柔性电学传感器件还能与互联网连接起来进行信息交换以实现智能化控制和管理，应用于人体健康检测、人机交互系统、周围环境检测及远程信息通讯等领域。
[0004]柔性导电纤维或智能织物作为柔性传感器件的重要组成部分，具有明显优势，由导电纤维制备的应变传感器赋予可穿戴设备感知人体运动的能力，可作为人体运动检测和健康监测系统的可穿戴设备。与薄膜式和基于海绵的柔性应变传感器件相比，以纤维或纱线作为基材或者直接将此类材料作为电子器件的柔性应变传感器具有重量轻、体积小、透气性和变形可恢复等优点。另外，可以将柔性导电纤维器件集成在织物中，并应用在可穿戴智能电子产品中。
[0005]柔性应变传感器相关研究虽然取得了一定的进展，但仍然存在拉伸形变有限、功能单一等诸多问题，传感器只能感应用于较小范围的拉伸应变，且无法感应弯曲、扭转等其他变形。

技术实现思路

[0006]为了解决拉伸形变有限、功能单一等问题，本专利技术提供了一种柔性应变传感器及其制备方法。所述柔性应变传感器通过金属层形成导电通路，当所述柔性应变传感器受力发生变形，金属层上的裂缝打开导致所述传感器的电阻增加，且其电阻会随着裂缝的间隙扩展而进一步增大，通过监测所述电阻来判断所述传感器的受力及变形情况，进而实现对人体运动、健康等状况进行推断。
[0007]本专利技术提供的柔性应变传感器，包含：衬底、粘附层以及金属层；
[0008]所述衬底为柔性材质，且具有螺旋结构；
[0009]所述粘附层位于所述衬底的表面，用于将金属层附着在衬底上；
[0010]所述金属层位于所述粘附层的表面，用于在所述衬底的表面形成导电通路；所述金属层具有裂纹结构。
[0011]可选地，所述衬底采用纤维材料制备。
[0012]可选地，所述衬底为聚氨酯纤维材料；所述衬底的直径为：1
‑
3mm。
[0013]可选地，所述衬底以螺旋结构外部的表面为外侧表面，螺旋结构内部的表面为内侧表面；所述粘附层位于所述衬底的外侧表面区域。
[0014]可选地，所述衬底的螺旋结构的螺旋指数为：8
‑
10。
[0015]可选地，所述粘附层由钛膜形成，所述钛膜的厚度为：8
‑
12nm。
[0016]可选地，所述柔性应变传感器还包含电极；所述电极采用银丝制备；
[0017]所述柔性应变传感器的两端分别设置有所述电极，且所述电极与金属层连接。
[0018]可选地，所述金属层由铜膜形成；所述铜膜的厚度为：40
‑
80nm。
[0019]本专利技术的另一个技术方案是提供一种柔性应变传感器的制备方法，适用于上述任意一种柔性应变传感器；所述制备方法包含以下过程：
[0020]步骤1：制备具有螺旋结构的衬底；
[0021]步骤2：将衬底紧密缠绕于玻璃棒上，在衬底的外侧表面溅射沉积8
‑
12nm厚的钛膜形成粘附层；
[0022]步骤3：采用离子束溅射法在所述粘附层的表面沉积40
‑
80nm厚的铜膜形成金属层；
[0023]步骤4：以每秒10％的应变拉伸速率对衬底进行预拉伸，在所述金属层上形成裂纹结构；
[0024]步骤5：在所述衬底的两端，采用银浆将银丝与所述金属层固定连接形成电极。
[0025]可选地，采用模型工艺或热塑技术制备具有螺旋结构的衬底。。
[0026]与现有技术相比，本专利技术提供的柔性应变传感器具有一下优点或有益效果：
[0027]本专利技术提供的柔性应变传感器中，所述衬底为柔性材料、且具有螺旋结构，使所述传感器能够进行较大范围的拉伸形变，同时还能对弯曲、扭变等形变进行监测，增大了所述传感器的变形能力和应用范围；采用钛制备粘附层将金属层粘附在衬底上，有效增强了金属层在衬底的附着力，提高了所述传感器的耐用性；所述金属层仅设置在所述衬底的外侧表面、内侧表面上没有设置，通过减小应变传感器的导电通道，提高应变传感器对形变的敏感性，提升了应变传感器对微弱信号的检测能力。
附图说明
[0028]图1为本专利技术提供的柔性应变传感器的示意图；
[0029]图2为所述柔性应变传感器的切口示意图；
[0030]图3为所述金属层的裂纹结构放大图；
[0031]图4为所述柔性应变传感器的制备流程图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括
那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
或“包含
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。
[0034]需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术一实施例的目的。
[0035]如图1和图2结合所示，为本专利技术提供的柔性应变传感器包含：衬底110、粘附层120、金属层130以及电极140。
[0036]所述衬底110为柔性的纤维材料制备，柔性纤维不仅可以任意弯曲，而且可以承受较大程度的变形，能够满足可穿戴设备的基本需求。所述衬底110具有螺旋结构，通过螺旋结构所述柔性应变传感器可以进行较大范围的拉伸、弯曲和扭变等形变。本专利技术实施例中，所述衬底110具体采用聚氨酯纤维材料制备；聚氨酯纤维是一种可加热加工弹性体，本身就具有高拉伸性、轻质、耐用等特点。所述衬底110的直径为1
‑
3mm，其螺旋结构的螺旋指数为：8
‑
10。
[0037]所述粘附层120位于所述衬底的表面；所述衬底110以螺旋结构外部的表面为外侧表面，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性应变传感器，其特征在于，包含：衬底、粘附层以及金属层；所述衬底为柔性材质，且具有螺旋结构；所述粘附层位于所述衬底的表面，用于将金属层附着在衬底上；所述金属层位于所述粘附层的表面，用于在所述衬底的表面形成导电通路；所述金属层具有裂纹结构。2.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述衬底采用纤维材料制备。3.如权利要求2所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述衬底为聚氨酯纤维材料；所述衬底的直径为：1
‑
3mm。4.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述衬底以螺旋结构外部的表面为外侧表面，螺旋结构内部的表面为内侧表面；所述粘附层位于所述衬底的外侧表面区域。5.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述衬底的螺旋结构的螺旋指数为：8
‑
10。6.如权利要求5所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述粘附层由钛膜形成，所述钛膜的厚度为：8
‑
12nm。7.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈上碧，刘德文，李家韡，姜辉，王金芳，陈华江，朱一，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：