【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性应变传感器领域，尤其涉及一种优化应力分布的图案化lig应变传感器及其制备方法。
技术介绍
1、在当前柔性电子与可穿戴技术迅速推进的背景下，对于高灵敏度、高稳定性的应变传感器的需求日益增长，特别是在健康监测、人机交互及智能服装等领域。传统的应变传感器在柔韧性、耐用性及传感精度方面往往难以同时满足高标准要求，限制了其在动态及复杂环境中的应用潜力。
2、近年来，石墨烯以其卓越的导电性、高强度及出色的柔韧性，成为了柔性应变传感器开发的理想材料。特别是激光诱导石墨烯(lig)技术的兴起，通过选择性激光处理聚合物前驱体直接转化为多孔石墨烯结构，不仅简化了制备流程，而且允许对传感器的微观结构进行精确控制，进而优化其性能。聚二甲基硅氧烷(pdms)作为一种常用的柔性基质材料，由于其生物兼容性、低杨氏模量及易于加工的特性，常与石墨烯复合，以形成具有良好机械顺应性的传感器件。
3、尽管lig-pdms复合材料在柔性应变传感器领域显示出巨大潜力，但在实现复杂图案化设计，仍然存在技术难题。现有的图案化技术往往受限于分辨率、加工效率及成本效益，难以高效、精确地构造出既能优化应力分布、又能提高传感性能的复杂图案。此外，如何在保证传感器的高灵敏度和快速响应的同时，维持其长期使用的稳定性和可靠性，亦是亟待解决的关键问题。
4、因此，研发一种能够优化应力分布的图案化lig应变传感器及其高效制备方法，旨在突破现有技术的局限。通过精细的激光加工策略与材料设计，实现传感器结构的精确调控，不仅能够显著增强其对复杂应变
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种优化应力分布的图案化lig应变传感器及其制备方法，通过pdms对激光诱导工艺在聚酰亚胺上生成的石墨烯进行转印，制成了具有高线性度和高灵敏度的柔性应变传感器。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种优化应力分布的图案化lig应变传感器，其特征在于：包括激光诱导石墨烯层、pdms柔性基底及导电银浆引线电极，所述激光诱导石墨烯层位于所述pdms柔性基底的上表面，且石墨烯层嵌入于pdms柔性基底中。
4、优选的，激光诱导石墨烯层为点线图案化结构，所述点线图案化结构长度为46mm±2mm，宽度为10mm±2mm；所述点线图案化结构由单根或多根线宽为0.8mm±0.2mm的折线组成，所述折线的拐点上设置有直径为1.2mm±0.2mm的实心圆点。
5、优选的，所述点线图案化结构为折线、直线、正弦形线、方波形线与圆点组合构成的阵列结构。
6、优选的，点线图案化结构的两端设置有引线电极，所述引线电极由导电银浆刷涂制成。
7、该传感器的电阻值与拉伸应变成正比例关系。
8、所述激光诱导石墨烯层由激光诱导工艺生成。
9、优选的，所述激光诱导工艺使用的激光器为半导体激光器，蓝光波长455nm±5nm，所述半导体激光器的雕刻参数可调控。
10、一种优化应力分布的图案化lig应变传感器制备方法，包括如下步骤：
11、步骤s1：裁剪与载玻片同样尺寸大小的聚酰亚胺薄膜，在洁净载玻片上刷涂紫外光固化胶，并将聚酰亚胺薄膜粘贴到载玻片上，然后在紫外灯下固化后，得到聚酰亚胺-载玻片结构；
12、步骤s2：利用激光诱导工艺，在步骤s1得到的聚酰亚胺-载玻片结构表面制备图案化激光诱导石墨烯层，得到lig-聚酰亚胺-载玻片结构；
13、步骤s3：将pdms溶液的两组分按照预聚物:固化剂＝10:1的配比混合搅拌均匀，在真空干燥箱中去除气泡后，浇筑于步骤s2得到的lig-聚酰亚胺-载玻片结构上表面，再放入真空干燥箱，维持真空条件20～40min后，在70～80℃条件下加热固化90～120min，得到pdms-lig-聚酰亚胺-载玻片结构；
14、步骤s4：将步骤s3得到的组合结构中的载玻片、聚酰亚胺依次剥离去除，得到图案化lig-pdms结构；
15、步骤s5：在步骤s4得到的lig图案两端刷涂导电银漆，制成引线电极，得到图案化lig应变传感器。
16、本专利技术的有益效果为：
17、1.应力分布优化：通过设计点线图案化结构，本专利技术能够更有效地分散和引导应力，确保在各种应变条件下，传感器的响应更为均匀且灵敏。这种优化设计有助于提升传感器的精度和可靠性，特别是在监测复杂或非均匀应变分布的应用场景中。
18、2.增强传感性能：利用lig与pdms的复合材料特性，结合图案化技术，实现了传感器在保持高度柔韧性的同时，提高了应变传感灵敏度和应变检测范围，灵敏度(gf)高达207.47，应变监测范围可达28％。
19、3.提升稳定性和耐用性：通过对激光参数的精确控制和材料界面的优化处理，本专利技术的应变传感器在经历长达8000次循环加载使用后，仍能保持良好的稳定性。
20、4.简化制备流程：制备方法高效、低成本，且无需特殊气体环境，能够在单一步骤中完成石墨烯成分的制备和图案化，相比传统方法显著缩短了制备周期，降低了生产成本。
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1.一种优化应力分布的图案化LIG应变传感器，其特征在于：包括激光诱导石墨烯层、PDMS柔性基底及引线电极，所述激光诱导石墨烯层位于所述PDMS柔性基底的上表面，且石墨烯层嵌入于PDMS柔性基底中。
2.根据权利要求1所述的图案化LIG应变传感器，其特征在于，激光诱导石墨烯层为点线图案化结构，所述点线图案化结构长度为46mm±2mm，宽度为10mm±2mm；所述点线图案化结构由单根或多根线宽为0.8mm±0.2mm的折线组成，所述折线的拐点上设置有直径为1.2mm±0.2mm的实心圆点。
3.根据权利要求1所述的图案化LIG应变传感器，其特征在于，所述点线图案化结构为折线、直线、正弦形线、方波形线与圆点组合构成的阵列结构。
4.根据权利要求1所述的图案化LIG应变传感器，其特征在于，点线图案化结构的两端设置有引线电极，所述引线电极表面刷涂导电银浆。
5.根据权利要求1所述的图案化LIG应变传感器，其特征在于，该传感器的电阻值与拉伸应变成正比例关系。
6.根据权利要求1所述的图案化LIG应变传感器，其特征在于，所述激光诱导
7.根据权利要求6所述的激光诱导工艺，其特征在于，所述激光诱导工艺使用的激光器为半导体激光器，蓝光波长455nm±5nm，所述半导体激光器的雕刻参数可调控。
8.一种优化应力分布的图案化LIG应变传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种优化应力分布的图案化lig应变传感器，其特征在于：包括激光诱导石墨烯层、pdms柔性基底及引线电极，所述激光诱导石墨烯层位于所述pdms柔性基底的上表面，且石墨烯层嵌入于pdms柔性基底中。
2.根据权利要求1所述的图案化lig应变传感器，其特征在于，激光诱导石墨烯层为点线图案化结构，所述点线图案化结构长度为46mm±2mm，宽度为10mm±2mm；所述点线图案化结构由单根或多根线宽为0.8mm±0.2mm的折线组成，所述折线的拐点上设置有直径为1.2mm±0.2mm的实心圆点。
3.根据权利要求1所述的图案化lig应变传感器，其特征在于，所述点线图案化结构为折线、直线、正弦形线、方波形线与圆点组合构成的...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂帮帮，朱艺红，崔腾科，王金雨，孙雯婧，王孟齐，陈集禹，邱京江，卫荣汉，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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