【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了一种柔性应变传感器，具体涉及一种基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器及其制备方法。
技术介绍
1、传统应变传感器多基于金属箔料应变计或半导体应变计，虽然其性能较为稳定，但在柔性和超灵敏度方面存在明显不足。另一方面，近年来迅猛发展的有机材料和纳米材料，为柔性应变传感器研究带来了崭新的契机。然而，这些材料的机械性能和传感性能在实践应用中仍面临许多挑战。
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所提供一种基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器及其制备方法。机械超材料结构因其独特的结构设计，展现出一些自然材料难以企及的机械特性，如负泊松比、可调弹性模量等。对机械超材料进行优化设计，可以研制出具有极高应变灵敏度和宽应变范围的柔性应变传感器。将机械超材料与柔性应变传感器相结合，旨在利用机械超材料的特殊结构设计和优异性能，显著提升传感器的应变灵敏度、检测范围和低检测极限，同时保持高度可拉伸性和柔韧性。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、一、一种基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器：
4、离子液体柔性应变传感器包括两层封装层、流道层以及用于调控流道层的微流道中微柱间隙进而调控离子液体柔性应变传感器的性能的机械超材料结构层，机械超材料结构层封装在两层封装层中，其中一层封装层密封贴合在流道层上，流道层中采用离子液体填充作为其导电介质；流道层通过导线电连接外部的信号感应装置。离子液体柔性应变传感器用于感应手腕脚腕转动、讲话发音
5、所述的机械超材料结构层为镂空结构并采用树脂材料。
6、所述的流道层的一侧面中心设有矩形凹槽，矩形凹槽中阵列间隔设有若干门控微流道凹槽，矩形凹槽及其中的各个门控微流道凹槽中填充有离子溶液，其中一层封装层密封贴合在流道层的矩形凹槽所在的一侧面；矩形凹槽的对称两侧沿流道层的厚度方向开设有两个通孔并连通至矩形凹槽，两根导线的一端分别位于两个通孔中，两根导线的另一端均电连接外部的信号感应装置。
7、二、一种基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器的制备方法：
8、1)将离子溶液加入不同质量的去离子水中并均匀混合，获得的离子液体溶液。
9、2)在solidworks中设计机械超材料结构层的模型，确定其几何参数，然后使用3d打印机和树脂材料打印出机械超材料结构，然后将机械超材料结构依次进行震荡和超声清洗后晾干，获得机械超材料结构层。
10、3)将聚二甲基硅氧烷pdms(polydimethylsiloxane)和固化剂混合并充分搅拌，获得聚二甲基硅氧烷pdms混合液，将聚二甲基硅氧烷pdms混合液分为三部分，第一部分聚二甲基硅氧烷pdms混合液倒入印有微流道图形的硅片模具上后依次进行去气泡和加热处理后冷却至常温，剥离得到流道层；第二部分聚二甲基硅氧烷pdms混合液倒入玻璃培养皿中使用旋涂仪使其均匀分布，形成一层溶液层，然后依次进行去气泡和加热处理后冷却至常温，剥离得到一层封装层，将机械超材料结构层放置在第一层封装层上然后将第三部分聚二甲基硅氧烷pdms混合液倒在机械超材料结构层上，然后依次进行去气泡和加热处理后冷却至常温，形成第二层封装层，然后将两层封装层和机械超材料结构层按照预设尺寸切割后获得封装有机械超材料结构层的封装层。
11、4)将流道层和封装有机械超材料结构层的封装层相贴合的一侧面进行亲水处理后进行贴合，然后将离子液体溶液填充进流道层的矩形凹槽及其中的各个门控微流道凹槽中，然后将两根导线的一端分别插入流道层的两个通孔中并进行封闭，最终制备获得离子液体柔性应变传感器。
12、所述的步骤1)中，离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐；离子液体溶液的浓度为50-70wt％，不同浓度的离子液体溶液的导电性能不同，在预设浓度范围内的导电性能较好。
13、所述的步骤2)中，将机械超材料结构放入无水乙醇中震荡30s以震出表面附着的残余树脂材料，然后置于超声波清洗机中清洗5min，最后取出后在常温下晾干，获得机械超材料结构层。
14、所述的步骤3)中，聚二甲基硅氧烷pdms和固化剂的质量比为10：1；将聚二甲基硅氧烷pdms混合液分为立即分别为4-8ml、4-8ml和3-5ml的三部分。
15、所述的步骤3)中，依次进行去气泡和加热处理具体为置于真空环境中去气泡，然后放入80℃烘箱中热处理1h。
16、所述的步骤4)中，将流道层和封装有机械超材料结构层的封装层相贴合的一侧面使用等离子清洗机中进行表面亲水处理30s。
17、所述的步骤4)中，将两根导线的一端分别插入流道层的两个通孔中，然后在两个通孔中滴入两三滴树脂胶水进行封闭，静置直至树脂胶水固化，最终制备获得离子液体柔性应变传感器。
18、本专利技术的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器，通过改变机械超材料分布和结构参数实现对微流道中微柱间隙的调控，从而达到调控传感器性能的目的。
19、本专利技术的有益效果是：
20、1)本专利技术将机械超材料结构和门控微流道柔性应变传感器相结合，实现了对传感器性能的调控，使传感器具有高灵敏度、宽量程、低检测极限和泊松比可调等特点，能够适用于多种应用场景中应变信号的接收与监测。
21、2)本专利技术的传感器拥有极低检测极限(0.0025％)，对于小应变应用场景更有优势。
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1.一种基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器，其特征在于：包括两层封装层(1)、流道层(3)以及用于调控流道层(3)的微流道中微柱间隙进而调控离子液体柔性应变传感器的性能的机械超材料结构层(2)，机械超材料结构层(2)封装在两层封装层(1)中，其中一层封装层(1)密封贴合在流道层(3)上，流道层(3)中采用离子液体填充作为其导电介质；流道层(3)通过导线电连接外部的信号感应装置。
2.根据权利要求1所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器，其特征在于：所述的机械超材料结构层(2)为镂空结构并采用树脂材料。
3.根据权利要求1所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器，其特征在于：所述的流道层(3)的一侧面中心设有矩形凹槽，矩形凹槽中阵列间隔设有若干门控微流道凹槽，矩形凹槽及其中的各个门控微流道凹槽中填充有离子溶液，其中一层封装层(1)密封贴合在流道层(3)的矩形凹槽所在的一侧面；矩形凹槽的对称两侧沿流道层(3)的厚度方向开设有两个通孔并连通至矩形凹槽，两根导线的一端分别位于两个通孔中，两根导线的另一端均电连接外部的信号感应装置。
4.根
5.根据权利要求4所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中，离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐；离子液体溶液的浓度为50-70wt％。
6.根据权利要求4所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中，将机械超材料结构放入无水乙醇中震荡30s，然后置于超声波清洗机中清洗5min，最后取出后在常温下晾干，获得机械超材料结构层(2)。
7.根据权利要求4所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤3)中，聚二甲基硅氧烷PDMS和固化剂的质量比为10：1；将聚二甲基硅氧烷PDMS混合液分为立即分别为4-8mL、4-8mL和3-5mL的三部分。
8.根据权利要求4所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤3)中，依次进行去气泡和加热处理具体为置于真空环境中去气泡，然后放入80℃烘箱中热处理1h。
9.根据权利要求4所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤4)中，将流道层(3)和封装有机械超材料结构层(2)的封装层(1)相贴合的一侧面使用等离子清洗机中进行表面亲水处理30s。
10.根据权利要求4所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤4)中，将两根导线的一端分别插入流道层(3)的两个通孔中，然后在两个通孔中滴入两三滴树脂胶水进行封闭，静置直至树脂胶水固化，最终制备获得离子液体柔性应变传感器。
...【技术特征摘要】
1.一种基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器，其特征在于：包括两层封装层(1)、流道层(3)以及用于调控流道层(3)的微流道中微柱间隙进而调控离子液体柔性应变传感器的性能的机械超材料结构层(2)，机械超材料结构层(2)封装在两层封装层(1)中，其中一层封装层(1)密封贴合在流道层(3)上，流道层(3)中采用离子液体填充作为其导电介质；流道层(3)通过导线电连接外部的信号感应装置。
2.根据权利要求1所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器，其特征在于：所述的机械超材料结构层(2)为镂空结构并采用树脂材料。
3.根据权利要求1所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器，其特征在于：所述的流道层(3)的一侧面中心设有矩形凹槽，矩形凹槽中阵列间隔设有若干门控微流道凹槽，矩形凹槽及其中的各个门控微流道凹槽中填充有离子溶液，其中一层封装层(1)密封贴合在流道层(3)的矩形凹槽所在的一侧面；矩形凹槽的对称两侧沿流道层(3)的厚度方向开设有两个通孔并连通至矩形凹槽，两根导线的一端分别位于两个通孔中，两根导线的另一端均电连接外部的信号感应装置。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的基于机械超材料的离子液体柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中，离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐...
【专利技术属性】
技术研发人员：田野，王敏健，吴化平，傅秀俊，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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