System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种自卷曲螺旋形应变传感器及其制备方法技术_技高网

一种自卷曲螺旋形应变传感器及其制备方法技术

技术编号:44227577 阅读:0 留言:0更新日期:2025-02-11 13:32
本发明专利技术属于三维微纳制造及传感技术领域,公开了一种自卷曲螺旋形应变传感器及其制备方法,在柔性薄膜衬底的顶层高分子聚合物薄膜上利用激光加工方式原位制备出图案化的石墨烯导电薄膜;将带有石墨烯导电薄膜的柔性薄膜衬底切割成条状结构;柔性薄膜衬底的底层高分子聚合物薄膜的溶胀效应大于顶层高分子聚合物薄膜的溶胀效应,因此将条状柔性薄膜衬底在溶剂中进行溶胀变形,即可得到自卷曲螺旋形应变传感器。本发明专利技术利用溶胀机理实现柔性螺旋形结构的制备,采用激光诱导石墨烯的加工方式实现了石墨烯导电薄膜的原位制备,通过调节特征参数,可实现多层级螺旋形功能结构的制备,获得具有不同灵敏度和工作范围的应变传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维微纳制造及传感,具体涉及一种自卷曲螺旋形应变传感器及其制备方法


技术介绍

1、通过应变引起材料长度/形状变形导致电阻变化原理已被广泛应用于传感器制造。传统的商用薄膜电阻式应变片通过在聚酰亚胺薄膜上溅射沉积薄金属蛇形线,可将电阻变化放大。但该应变设计存在制造成本高且反复弯曲后薄金属线条容易发生失效,不适合用于人体和复杂3d表面进行变形监测。

2、目前,作为可穿戴电子设备的重要组成部分,柔性应变传感器由于具有良好的可拉伸性能,在电子皮肤、医疗监测、人机交互、人工智能等领域具有广阔的应用前景,从而受到了广泛的关注。其中,高灵敏度和宽工作范围是高质量应变传感器的关键参数,但由于结构和电导率的限制,很难在同一传感器上同时实现这两种特性。

3、自卷曲技术是一种利用内部梯度应力或外力驱动二维薄膜到三维构型的三维微纳自组装技术,因其与典型平面微纳制造工艺相兼容、可实现多层级的三维微纳结构制造、可选择性承载或集成多种功能材料等优点,从而成为了当下的科技前沿研究热点。开发一类工艺简单、成本低、安全性高的自卷曲成形制造新工艺,克服现有技术存在的工艺复杂、价格昂贵、安全性低等问题与不足,并实现三维螺旋形功能结构的制备,可为柔性应变传感器提供新的制备工艺及新器件结构,进一步获得高灵敏度和宽工作范围。


技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题,本专利技术的目的在于提供一种自卷曲螺旋形应变传感器及其制备方法,通过本专利技术能获得高灵敏度和宽工作范围的应变传感器。</p>

2、为达到上述目的,本专利技术采用的技术方案如下:

3、一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,包括如下过程:

4、制备柔性薄膜衬底,所述柔性薄膜衬底包括顶层高分子聚合物薄膜和底层高分子聚合物薄膜,所述底层高分子聚合物薄膜的溶胀效应大于顶层高分子聚合物薄膜的溶胀效应;

5、在顶层高分子聚合物薄膜上利用激光加工方式原位制备出图案化的石墨烯导电薄膜,得到带有石墨烯导电薄膜的柔性薄膜衬底;

6、将带有石墨烯导电薄膜的柔性薄膜衬底切割成条状结构,得到条状柔性薄膜衬底;

7、将所述条状柔性薄膜衬底在溶剂中进行溶胀变形,得到所述自卷曲螺旋形应变传感器。

8、优选的,所述顶层高分子聚合物薄膜采用聚酰亚胺薄膜。

9、优选的,所述聚酰亚胺薄膜的制备过程包括:

10、在硅片正面旋涂聚酰亚胺前驱液,采用梯度升温方式进行热酰亚胺化、剥离过程后,获得聚酰亚胺薄膜。

11、优选的,所述底层高分子聚合物薄膜采用聚氯乙烯/亚克力胶复合薄膜。

12、优选的,聚酰亚胺薄膜设置于聚氯乙烯/亚克力胶复合薄膜中聚氯乙烯层的表面。

13、优选的,聚酰亚胺薄膜与聚氯乙烯/亚克力胶复合薄膜热压成型为所述柔性薄膜衬底。

14、优选的,所述溶剂采用丙酮。

15、优选的,所述条状柔性薄膜衬底的形状为内角不等于90°的平行四边形。

16、优选的,所述条状柔性薄膜衬底含有完整的图案化的石墨烯导电薄膜单元。

17、本专利技术还提供了一种自卷曲螺旋形应变传感器,该自卷曲螺旋形应变传感器通过本专利技术如上所述的制备方法制得。

18、与现有技术相比,本专利技术具有以下有益的技术效果:

19、本专利技术自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法中,由于底层高分子聚合物薄膜的溶胀效应大于顶层高分子聚合物薄膜的溶胀效应,因此将条状柔性薄膜衬底置于溶剂后,底层高分子聚合物薄膜会在溶剂的作用下,使平面的条状柔性薄膜衬底会产生不均匀的溶胀、内部会产生内应力,从而诱导条状柔性薄膜衬底发生不均匀的变形,最终得到自卷曲螺旋形应变传感器。由于本专利技术的应力传感器是螺旋形的,因此其变形能力好,适用于人体和复杂3d表面进行变形监测,与对应的表面贴合性更高。本专利技术中,通过利用激光加工方式原位制备出图案化的石墨烯导电薄膜,因此该石墨烯导电薄膜就是应变传感器本身的组成部分,其与柔性薄膜衬底的其他部分的协调变形能力更好,不易变形失效,且导电率较高,因此本专利技术自卷曲螺旋形应变传感器的灵敏度较高。由于本专利技术上述制备方法的特点,可实现多层级螺旋形功能结构的制备,进而能够获得具有不同灵敏度和工作范围的应变传感器。

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【技术保护点】

1.一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,包括如下过程:

2.根据权利要求1所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,所述顶层高分子聚合物薄膜采用聚酰亚胺薄膜。

3.根据权利要求2所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,所述聚酰亚胺薄膜的制备过程包括:

4.根据权利要求2所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,所述底层高分子聚合物薄膜采用聚氯乙烯/亚克力胶复合薄膜。

5.根据权利要求4所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,聚酰亚胺薄膜设置于聚氯乙烯/亚克力胶复合薄膜中聚氯乙烯层的表面。

6.根据权利要求4所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,聚酰亚胺薄膜与聚氯乙烯/亚克力胶复合薄膜热压成型为所述柔性薄膜衬底。

7.根据权利要求4所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,所述溶剂采用丙酮。

8.根据权利要求1所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,所述条状柔性薄膜衬底的形状为内角不等于90°的平行四边形。

9.根据权利要求1所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,所述条状柔性薄膜衬底含有完整的图案化的石墨烯导电薄膜单元。

10.一种自卷曲螺旋形应变传感器,其特征在于,该自卷曲螺旋形应变传感器通过权利要求1-9任意一项所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法制得。

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【技术特征摘要】

1.一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,包括如下过程:

2.根据权利要求1所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,所述顶层高分子聚合物薄膜采用聚酰亚胺薄膜。

3.根据权利要求2所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,所述聚酰亚胺薄膜的制备过程包括:

4.根据权利要求2所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,所述底层高分子聚合物薄膜采用聚氯乙烯/亚克力胶复合薄膜。

5.根据权利要求4所述的一种自卷曲螺旋形应变传感器的制备方法,其特征在于,聚酰亚胺薄膜设置于聚氯乙烯/亚克力胶复合薄膜中聚氯乙烯层的表面。

6.根据权利要求4所述的一种自卷曲螺...

【专利技术属性】
技术研发人员:李敏卢丹青贾琛罗国希李支康韩香广王路杨萍林启敬赵立波
申请(专利权)人:西安交通大学
类型:发明
国别省市:

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