【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞机结构健康监测，其中涉及激光诱导石墨烯技术，特别涉及了一种激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器及其制法和应用，特别是在监测飞机蒙皮受载的应用。
技术介绍
1、柔性电容式压力传感器是一种使用电容原理来测量和检测物体表面施加的压力和力的传感器。它由封装层、电极层和介电层组成。当柔性电容式压力传感器受到压力时，介电层会发生形变，导致电容值的变化，进而反映出施加在柔性电容式压力传感器上的压力大小。柔性电容式压力传感器在许多领域有广泛的应用，包括医疗领域的健康监测、智能电子设备、人机交互界面、机器人技术、虚拟现实和增强现实等。它们提供了一种灵活、高灵敏度和精确的压力测量解决方案，为各种应用带来了许多优势。
2、目前制备石墨烯薄膜的技术有很多，比如传统的化学气相沉积(cvd)、氧化石墨插层热处理方法等等，相比于这些方法激光诱导石墨烯技术(lig)作为一种新型的石墨烯制备方法，具有成本低、制备周期短、操作简单等优点，该方法通过激光辐射碳源材料，在表面产生电荷，从而形成石墨烯薄膜。它在石墨烯材料的研究和应用中具有广泛的应用前景，并在纳米科技、光电子器件、传感器和能源等领域有着重要的潜在应用。
3、目前，柔性电容式压力传感器常见于人体智能穿戴、人工智能等领域，监测人体的生命体征等，但实际应用于大型结构件的健康监测还有较大距离，这是因为目前的柔性传感器很少用于飞机蒙皮等大型结构件的健康监测的原因在于，其制作成本较高、灵敏度较低、传感网络尺寸有限、无法将应变的具体数值量化等。
4、飞机结构健康监测是
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器及其制法和应用。传统的石墨烯制备方法过程复杂，成本较高，采用co2激光机激光诱导pi薄膜制备石墨烯敏感层，操作简单，成本低。本专利技术提供了一种高灵敏度、能够快速响应的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，通过两侧多孔石墨烯敏感层极板受到压力后，多孔聚氨酯海绵被挤压、多孔石墨烯敏感层极板内部微结构发生形变，通过多孔聚氨酯海绵和多孔石墨烯敏感层极板的双重迭代形变，使激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器内部介电性质发生变化、极板间距离缩小，最终致使激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器电容数值发生变化，对一定范围内压力产生响应，提高了其灵敏度。本专利技术的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器可以实现大范围一体布控，多通道响应与识别外部载荷，减少以往大规模的单体传感器布控数量，减少工作时间与难度。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，多孔聚氨酯海绵作为介电层，并作为中间层，在其上下表面，采用pi薄膜诱导而成的多孔石墨烯敏感层作为电极层，pu薄膜作为封装层，通过三者结合形成激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器。
4、其中，电极层为多孔石墨烯敏感层(lig)，孔径大小为1-5μm；
5、所述的介电层优选为多孔聚氨酯海绵，孔隙率为80％～85％，孔径大小为300μm-800μm。
6、所述的多孔聚氨酯海绵的厚度为1～2mm。
7、所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器还包括封装层，导电胶带，在两个电极层远离介电层的两侧设置有封装层，在两个电极层的一侧分别设置有导电胶带，封装层材料为pu薄膜，导电胶带优选为双面导电铜胶带或双面导电布胶带；
8、所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器的灵敏度为0.09～0.13kpa-1。
9、一种激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
10、s1：制备石墨烯敏感层
11、将聚酰亚胺薄膜(pi薄膜)贴于表面除杂的铝合金基板上，得到贴有pi薄膜的铝合金基板；
12、将贴有pi薄膜的铝合金基板置于co2激光机的蜂孔工作台上，调整激光加工参数和激光头位置，激光诱导pi薄膜，去除铝合金基板，得到石墨烯敏感层；石墨烯敏感层具有多孔结构，孔径大小为1-5μm；
13、所述的s1中，铝合金基板选用导热性较强的铝合金，更优选为6系铝合金。
14、所述的s1中，表面除杂的基板的除杂方法为：采用无水乙醇擦除杂质和灰尘。
15、所述的s1中，激光加工参数选用激光功率为最大功率的18-20％，扫描速度为250-300mm/s。
16、s2：组装
17、选取激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器的介电层，并在介电层上下表面分别粘贴s1制备的石墨烯敏感层，作为激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器的上极板和下极板，并保证上极板和下极板对齐，得到组装后的产品；
18、所述的s2中，所述的粘贴采用厚度为0.1～0.2mm的双面胶进行粘贴。
19、s3：封装
20、在组装后的产品的上极板和下极板一侧粘附双面导电铜胶带，并在石墨烯敏感层和双面导电铜胶带之间涂覆导电银浆，进行加热固化，用pu薄膜进行整体封装，得到激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器。
21、所述的s3中，双面导电铜胶带还可以用双面导电布胶带替代。
22、将激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器和外界数据采集设备相连，进行应用。
23、所述的应用为激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器内嵌贴合在飞机蒙皮夹层结构上，通过外界数据采集设备进行灵敏度压力响应时间测试，冲击、持续加载稳定性、弯曲变形、多通道压力响应实时监测。
24、本专利技术的一种激光诱导石墨烯的柔性电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，包括介电层和设置在介电层两侧的电极层，其特征在于，以多孔聚氨酯海绵作为介电层，采用PI薄膜诱导而成的多孔石墨烯敏感层作为电极层。
2.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，其特征在于，多孔石墨烯敏感层的孔径大小为1-5μm。
3.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，其特征在于，多孔聚氨酯海绵，孔隙率为80％～85％，孔径大小为300μm-800μm。
4.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述的多孔聚氨酯海绵的厚度为1～2mm。
5.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器还包括封装层，导电胶带，在两个电极层远离介电层的两侧设置有封装层，在两个电极层的一侧分别设置有导电胶带，封装层材料为PU薄膜，导电胶带为双面导电铜胶带或双面导电布胶带。
6.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述的激光诱导石
7.权利要求1-6任意一项所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述的S1中，激光加工参数选用激光功率为最大功率的18-20％，扫描速度为250-300mm/s。
9.权利要求1-6任意一项所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器的应用，将激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器和外界数据采集设备相连，进行应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器内嵌贴合在飞机蒙皮夹层结构上，通过外界数据采集设备进行灵敏度压力响应时间测试，冲击、持续加载稳定性、弯曲变形、多通道压力响应实时监测。
...【技术特征摘要】
1.一种激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，包括介电层和设置在介电层两侧的电极层，其特征在于，以多孔聚氨酯海绵作为介电层，采用pi薄膜诱导而成的多孔石墨烯敏感层作为电极层。
2.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，其特征在于，多孔石墨烯敏感层的孔径大小为1-5μm。
3.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，其特征在于，多孔聚氨酯海绵，孔隙率为80％～85％，孔径大小为300μm-800μm。
4.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述的多孔聚氨酯海绵的厚度为1～2mm。
5.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述的激光诱导石墨烯的柔性电容式压力传感器还包括封装层，导电胶带，在两个电极层远离介电层的两侧设置有封装层，在两个电极层的一侧分别设置有导电胶带，封装层材料为pu薄膜，导电胶带为双面导电铜胶带或双面导电布...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆实，池腾飞，韩森森，王向明，刘建邦，赵健凯，陆豪杰，王朔，姬书得，张业伟，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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