应变传感器制造技术

一种应变传感器，包括基板、用沿取向方向对准的多个CNT纤维的CNT膜、一对电极和保护涂层。在CNT膜的、沿与CNT纤维取向方向垂直的方向的相反端部形成电极。保护CNT膜的保护涂层用树脂、水基乳状液或油基乳状液制造。保护涂层被置于与CNT膜表面上的至少一部分CTN纤维接触。包括保护涂层的应变传感器能防止CNT膜的损坏/破坏和防止外来物质进入CNT纤维之间的间隙，由此在保持足够的传感功能的情况下改善耐久性。

【技术实现步骤摘要】
应变传感器
本专利技术涉及检测材料、物体、物质和/或基体上的位移、冲击、应力、应变、变形和/或扭曲的应变传感器，其特别涉及使用碳纳米管的应变传感器。本申请要求日本专利申请No.2011-249172的优先权，其全部的内容通过饮用合并于此。
技术介绍
通常，应变传感器设计为基于电阻变化检测应变，例如由于施加到电阻器的应变(例如扩张和收缩)而变化的电阻器电阻。通常，金属或半导体已经用于电阻器。然而，金属或半导体在应用于应变传感器时有局限，因为它们会由于可逆的扩张和收缩而产生小量的应变。考虑到这一缺陷，已经开发了使用碳纳米管(CNT：carbonnanotube)作为电阻器的各种装置且披露在例如专利文献1到4这样的各种文献中。专利文献1-3(其通过相同的申请人书写但是以不同方式提交)每一个涉及智能材料：通过纳米管传感系统、复合材料和使用碳纳米管的装置获得应变传感和应力确定，其能检测材料中的位移、冲击、应力和/或应变。专利文献4公开了使用碳纳米管的扩张/收缩装置。另外，非专利文献1为标题为“GrowthandApplicationofUltra-LongMulti-WalledCarbonNanotube”的文章，其主要导论了使用氯化铁粉末的垂直排布的超长多壁纳米管的容易且高效的合成方法。使用多个CNT制造的CNT膜的前述装置沿预定方向取向。据认为，CNT膜适用于检测高应变的传感器，因为CNT膜可主要地沿与CNT取向方向垂直的方向扩张或收缩。然而，前述装置使用在其表面上露出的CNT膜制造。这会造成CNT(用作电阻器)的电阻变化异常，例如在CNT膜不期望地由于突然接触材料、在外来物质不期望地进入CNT之间形成的间隙时、和/或在湿气或漂浮气体施加到CNT时而损坏或破坏时。这会降低传感功能的耐用性(或机器寿命)。引证列表专利文献专利文献1:日本专利申请公开No.2010-281824专利文献2:国际申请公开No.WO2004/065926A1专利文献3:美国专利申请No.US2006/0253942A1专利文献4:日本专利申请公开No.2010-47702非专利文献非专利文献1:标题为“GROWTHANDAPPLICATIONOFULTRA-LONGMULTI-WALLEDCARBONNANOTUBE”的文章，其记载于JournalofAutomation,MobileRobotics&IntelligentSystems,Volume3,No.4,2009。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种应变传感器，其能防止CNT膜的损坏/破坏和/或CNT中进入外来物质，且能改善传感功能的耐久性。本专利技术涉及包括柔性基板的应变传感器；用沿取向方向排布的多个CNT纤维制造的CNT膜；沿与CNT纤维的取向方向垂直的方向形成在CNT膜相反端部的一对电极；和用树脂(颗粒)、水基乳状液或油基乳状液制造的、用于保护CNT膜的保护涂层。保护涂层被置于与CNT膜表面上的至少一部分CTN纤维接触。包括保护涂层的应变传感器能防止CNT膜的损坏/破坏，由此在保持足够的传感功能的情况下改善耐久性。优选的是保护涂层层合在CNT膜的表面上，这可以改善保护涂层的保护功能。这可以对与保护涂层有关的显著效果有贡献，例如，其中可以防止CNT膜的损坏/破坏，防止外来物质进入CNT纤维之间的间隙，和防止湿气或漂浮气体粘附到CNT纤维。优选的是用水基乳状液制造保护涂层，可以通过涂层或浸泡的方式形成保护涂层。另外，可以保持在CNT膜的表面上层合的保护涂层，而树脂颗粒部分地渗入到CNT膜中。换句话说，可以防止CNT膜不期望的电阻变化，这可在树脂颗粒部分地渗入CNT膜中时发生。优选的是，保护涂层部分地渗入到CNT纤维之间的至少一部分间隙中。这也可以对与保护涂层有关的显著效果有贡献。在这方面，保护涂层在其中可以部分地包括CNT纤维。换句话说，保护涂层被部分地插置在CNT纤维之间的间隙中。这在CNT膜由于施加到应变传感器的应变而拉伸时防止CNT膜的厚度过度减小。另外，可以防止在多个CNT纤维沿CNT膜的厚度方向彼此接近时的电阻减少。优选的是保护涂层包括多种导电添加剂，所述导电添加剂可以允许保护涂层被部分地插置在CNT纤维之间的间隙中，由此抑制CNT膜中电阻的增加。优选的是CNT膜包括沿CNT纤维取向方向的至少一个可裂开部分，其可以改善对CNT膜中发生的电阻变化的瞬态响应。由此，应变传感器能对相对地高的应变(例如大的扩张/收缩)展现优越的传感功能。优选的是CNT纤维每一个用多个CNT单丝制造，所述多个CNT单丝沿纵向方向伸长且经由偶联部部分地联接在一起。可以沿CNT纤维的取向方向形成具有大宽度的CNT膜。由此，可以减少CNT膜的电阻且减少CNT膜上的电阻变化。优选的是多个CNT单丝以网络结构联接在一起。这可以获得高度密实化的CNT纤维，由此减少CNT膜的电阻。在网络结构中，邻近的CNT单丝关于用作基点的偶联部联接在一起，且因此CNT纤维可以共同用作双侧梁结构，这又增加了CNT纤维的弹簧常数。即具有用多个CNT纤维制造(所述CNT纤维每一个以网络结构连接多个CNT单丝)的CNT膜的应变传感器能呈现沿与CNT纤维取向方向垂直的方向的高刚度。这可以改善应变传感器的应变传感功能的线性程度。附图说明参考下列的附图将更详细地描述本专利技术的这些和其他目的、方面和实施例。图1A是根据本专利技术第一实施例的应变传感器的截面图。图1B是应变传感器的平面图。图2是应变传感器中用CNT纤维制造的一部分CNT膜的放大视图。图3是如何形成用CNT纤维制造的CNT膜的方法的机器视图。图4A是根据本专利技术第二实施例的应变传感器的截面图。图4B是应变传感器的平面图。图5是形成在第一实施例中的CNT纤维的SEM照片。图6是显示了与第二实施例的应变传感器相关的电阻和伸长率之间关系的图。具体实施方式通过参考附随的附图通过例子进一步详细描述本专利技术。1.第一实施例参考图1A和1B描述根据本专利技术第一实施例的应变传感器1。图1A是应变传感器1的截面图，而图1B是应变传感器1的平面图。应变传感器1包括基板2、CNT膜4、一对电极3和保护涂层5。用沿一个方向取向的多个CNT纤维8制造的CNT膜4形成在基板2的表面上。电极3形成在位于方向A的基板2的相反端部上，所述方向A与CNT纤维8的取向方向不同。保护涂层5形成为保护CNT膜4。基板2是具有柔性的板状物质。基板2不必在大小和尺寸方面受限制。例如，基板2的厚度可以是从10μm到5mm的范围；其宽度可以是1mm到5cm的范围；和其长度可以是1cm到20cm的范围。基板2不必在材料方面受限制，只要其具有柔性即可。作为用于基板2的材料，可以使用合成树脂、一类橡胶材料、无纺布、具有可变形性或可变形性质的金属、或金属化合物。可以通过使用绝缘材料或高电阻性材料制造基板2。在基板2使用低电阻性材料(例如金属)制造时，有必要用绝缘层或高电阻性材料对基板2的表面涂覆。在这些材料中，优选使用合成树脂或橡胶。最佳的是使用橡胶。可以通过使用橡胶改善基板2的柔性。作为合成树脂的例如可以是酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、三聚氰胺树脂(MF)、尿素树脂(UF)、不饱和聚酯树脂(UP)、聚酯树脂、聚亚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应变传感器，包括：基板，具有柔性；CNT膜，其用多个CNT纤维制造，所述多个CNT纤维沿一取向方向排布且形成在基板的表面上；一对电极，所述一对电极形成在CNT膜的、沿与CNT纤维的取向方向不同方向的相反端部处；和保护涂层，用树脂制造并保护CNT膜，其中保护涂层被置于与CNT膜的所述表面上的至少一部分CTN纤维接触。

【技术特征摘要】
2011.11.14 JP 2011-2491721.一种应变传感器，包括：基板，具有柔性；CNT膜，其用多个CNT纤维制造，所述多个CNT纤维沿取向方向B排布且形成在基板的表面上；一对电极，所述一对电极形成在CNT膜的、沿与CNT纤维的取向方向B垂直的纵向方向A的相反端部处，且所述一对电极沿所述纵向方向A形成在基板的相反端部处；和保护涂层，用树脂制造并保护CNT膜，其中保护涂层被置于与CNT膜的所述表面上的至少一部分CTN纤维接触；其中，邻近的CNT纤维被置于彼此接触/连接，使得CNT纤维用作双面梁结构；其中，每一个CNT纤维用多个CNT单丝制造，所述多个CNT单丝沿所述取向方向B伸长且部分地经由至少一个偶联部连接在一起；且其中，每一个CNT纤维经由该至少一个偶联部与排布在一定数量的CNT纤维上方的另一CNT纤维接触/连接。2.如权利要求1所述的应变传感器，其中保护涂层被层合在CNT膜的所述表面上。3.如权利要求1所述的应变传感器，其中保护涂层用水基乳状液制造。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木克典，榊原慎吾，谷高幸司，奥宫保郎，寺田佳树，井上翼，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社， 国立大学法人静冈大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP