一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构。包括微流道层、封装层、液态金属层、引出电极和折痕槽；微流道层上表面的两侧分别开设第一微流道槽和第二微流道槽，第一微流道槽和第二微流道槽对应的两端部内均放置有引出电极，微流道层的第一微流道槽和第二微流道槽内均填充满液态金属，液态金属与微流道槽内的引出电极接触电连接；微流道层上表面的两侧分别铺设有第一封装层和第二封装层，第一微流道槽和第二微流道槽之间的微流道层上表面还开设有折痕槽，折痕槽为第一封装层和第二封装层之间的分割槽。本发明专利技术所述结构在去除电子皮肤弯曲干扰信号的同时，还具有适应性好、结构紧凑、轻量化、易于制造等优势。易于制造等优势。易于制造等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构


[0001]本专利技术属于传感器
的一种液态金属微流道结构，具体涉及了一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构。

技术介绍

[0002]当前电子皮肤已经成为传感器领域的热门研究方向，电子皮肤一般又可称作柔性压力传感器，相对于传统的刚性传感器，电子皮肤可以附着在不规则或是变化的表面对外界力刺激进行感知。因为电子皮肤由柔性材料制作而成(如硅橡胶等)，其本体具有柔性化的特点，不容易阻碍载体的运动，且更容易实现轻量化。
[0003]当平面的电子皮肤在覆盖仿人机器人或可穿戴感知设备时，会产生弯曲应变，影响初始电阻值或是电容值；且当机器人关节运动时，电子皮肤覆盖的表面会产生变形，会产生时刻变化的弯曲应变，这种弯曲应变在基于诸如导电液体微流道、柔性电极等敏感元件的柔性压力传感器中，会产生耦合电阻或电容变化。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
中存在的问题和需求，本专利技术所提供一种基于CC折纸构型的微流道结构，用于电子皮肤设计。现有的基于液态金属传感材料的电子皮肤一般构造中空的微流道结构，将液态金属封装在构成微流道结构的柔性基底中，通过按压时产生的微流道形变，建立力刺激和电阻信号的映射关系；在微流道结构设计方面，主要基于积累的经验；在传感器制备层面，主要通过3D打印高精度模具，用模具浇筑硅胶基底并进行真空处理获得材质均匀的柔性基底，并用微型针管注射液态金属。本专利技术的相关技术建立上述传感机理、设计经验和制备技术之上，该结构使电子皮肤不会受到弯曲信号的干扰，从而提高传感器测量的准确性；另一方面，在电子皮肤安置在可穿戴设备上的时候，基于CC折纸构型设计的折痕还能减小力传感器随关节运动产生阻力，提高关节的运动性能。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一、一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构
[0007]液态金属微流道结构包括微流道层、第一封装层、第一液态金属层、第二封装层、第二液态金属层、引出电极和折痕槽；
[0008]微流道层上表面的两侧分别开设第一微流道槽和第二微流道槽，第一微流道槽和第二微流道槽对应的两端部内均放置有引出电极，微流道层的第一微流道槽和第二微流道槽内均填充满液态金属，液态金属与微流道槽内的引出电极接触电连接；微流道层上表面的两侧分别铺设有第一封装层和第二封装层，第一封装层用于封装第一微流道槽内液态金属，从而形成第一液态金属层，第二封装层用于封装第二微流道槽内液态金属，从而形成第二液态金属层；第一微流道槽和第二微流道槽之间的微流道层上表面还开设有折痕槽，折痕槽为第一封装层和第二封装层之间的分割槽。
[0009]所述微流道层、第一封装层和第二封装层均为柔性材料。
[0010]所述微流道层的拉伸和剪切强度为道康宁dragon skin30的拉伸和剪切强度，折痕槽中同一高度的槽距相同，折痕槽底部的槽距为2
‑
3mm。
[0011]所述第一微流道槽的自身槽距相同，所述第二微流道槽的自身槽距相同，微流道层的拉伸和剪切强度为道康宁dragon skin30的拉伸和剪切强度，第一微流道槽的自身槽距和第二微流道槽的自身槽距均取1
‑
2mm。
[0012]第一微流道槽和二微流道槽的宽度取值范围为100
‑
1000μm，微流道层的厚度大于1mm。
[0013]所述第一封装层、第二封装层的厚度均为1
‑
2mm。
[0014]所述折痕槽的形状参数通过以下步骤计算获得：
[0015]1)微流道层上表面未开设有折痕槽时，微流道层附着在物体表面上，物体表面发生弯曲后使得微流道层产生折叠，分析折叠后的微流道层的应力云图，获得原始应力峰值点，记为顶点O，以顶点为球心，根据物体表面上实际压力传感器布置范围确定半径r，从而建立球面边界方程，根据球面边界方程求解获得两个边界点，两个边界点处的应力均为应力峰，将两个边界点记为第一端点P1、第二P2；
[0016]2)将顶点O、第一端点P1、第二端点P2三点形成的面记为u
j
‑
v
j
平面，求解第一端点P1、第二端点P2的等效应力分别在u
j
‑
v
j
平面上的第一投影应力σ
P1
、第二投影应力σ
P2
；
[0017]3)将第一端点P1、第二端点P2之间的直线距离记为曲面跨度l
j
，将顶点距端点连线的距离记为曲面拱高h
j
，将第一投影应力σ
P1
、第二投影应力σ
P2
与第一端点P1和第二端点P2的连线的夹角求平均后的角度记为切向角根据曲面跨度l
j
、曲面拱高h
j
和曲面切向角通过以下公式拟合获得可展曲面中的折痕曲线：
[0018][0019][0020]可展曲面中的折痕曲线的方程如下：
[0021][0022]其中，m
j
，n
j
，a
j
，b
j
是可展曲面中折痕曲线的第一
‑
第四椭圆曲线参数，和表示可展曲面中折痕曲线上点i的两个坐标值；
[0023]4)根据曲面跨度l
j
、曲面拱高h
j
和曲面切向角对可展曲面中的折痕曲线进行
投影变换后，获得可展曲面展平后的折痕曲线的方程，从而获得折痕槽的形状参数。
[0024]所述4)具体为：
[0025]4.1)根据曲面跨度l
j
、曲面拱高h
j
和曲面切向角利用以下公式计算获得投影角β、投影拱高h
′
和投影圆心角θ：
[0026]h
′
＝h
j cosβ
[0027][0028][0029]4.2)根据投影角β、投影拱高h
′
和投影圆心角θ，利用以下公式计算获得展平跨度l0、展平拱高h0和展平切向角
[0030]h0＝h
′
tanβ
[0031][0032][0033]4.3)根据展平跨度l0、展平拱高h0和展平切向角与可展曲面展开后折痕曲线的第一
‑
第四椭圆曲线参数m0，n0，a0，b0之间的关系，进而获得可展曲面展平后的折痕曲线的方程：
[0034][0035]n0＝l0/2
[0036]a0＝h0+m0[0037][0038][0039]其中，和表示可展曲面展平后折痕曲线上点i的两个坐标值。
[0040]本专利技术提出的微流道结构包括有微流道层、封装层、液态金属层和引出电极。其中微流道层和封装层采用道康宁dragon skin30硅橡胶作为基底材料，并使硅橡胶二次固化
封装微流道层和封装层；液态金属层分为两部分，即上液态金属层和下液态金属层，该层处于微流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构，其特征在于，包括微流道层(1)、第一封装层(2)、第一液态金属层(3)、第二封装层(4)、第二液态金属层(5)、引出电极(6)和折痕槽(7)；微流道层(1)上表面的两侧分别开设第一微流道槽和第二微流道槽，第一微流道槽和第二微流道槽对应的两端部内均放置有引出电极(6)，微流道层(1)的第一微流道槽和第二微流道槽内均填充满液态金属，液态金属与微流道槽内的引出电极(6)接触电连接；微流道层(1)上表面的两侧分别铺设有第一封装层(2)和第二封装层(4)，第一封装层(2)用于封装第一微流道槽内液态金属，从而形成第一液态金属层(3)，第二封装层(4)用于封装第二微流道槽内液态金属，从而形成第二液态金属层(5)；第一微流道槽和第二微流道槽之间的微流道层(1)上表面还开设有折痕槽(7)，折痕槽(7)为第一封装层(2)和第二封装层(4)之间的分割槽。2.根据权利要求1所述的一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构，其特征在于，所述微流道层(1)、第一封装层(2)和第二封装层(4)均为柔性材料。3.根据权利要求1所述的一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构，其特征在于，所述微流道层(1)的拉伸和剪切强度为道康宁dragon skin30的拉伸和剪切强度，折痕槽(7)中同一高度的槽距相同，折痕槽(7)底部的槽距为2
‑
3mm。4.根据权利要求1所述的一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构，其特征在于，所述第一微流道槽的自身槽距相同，所述第二微流道槽的自身槽距相同，微流道层(1)的拉伸和剪切强度为道康宁dragon skin30的拉伸和剪切强度，第一微流道槽的自身槽距和第二微流道槽的自身槽距均取1
‑
2mm。5.根据权利要求1所述的一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构，其特征在于，第一微流道槽和二微流道槽的宽度取值范围为100
‑
1000μm，微流道层(1)的厚度大于1mm。6.根据权利要求1所述的一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构，其特征在于，所述第一封装层(2)、第二封装层(4)的厚度均为1
‑
2mm。7.根据权利要求1所述的一种基于CC折纸构型的液态金属微流道结构，其特征在于，所述折痕槽(7)的形状参数通过以下步骤计算获得：1)微流道层(1)上表面未开设有折痕槽(7)时，微流道层(1)附着在物体表面上，物体表面发生弯曲后使得微流道层(1)产生折叠，分析折叠后的微流道层(1)的应力云图，获得原始应力峰值点，记为顶点O，以顶点为球心，根据物体表面上实际压力传感器布置范围确定半径r，从而建立球面边界方程，根据球面边界方程求解获得两个边界点，两个边界点处的应力均为应力峰，将两个边界点记为第一端点P1、第二P2；2)将顶点O、第一端点P1、第二端点P2三点形成的面记为u
j
‑
v
j
平面，求解第一端点P1、第二端点P2的等效应力分别在u
j
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：冯毅雄，李普衍，洪兆溪，胡炳涛，宋俊杰，张志峰，谭建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：