[发明专利]基于内置式电极的柔性压阻传感器及其研制方法

说明书

本发明涉及一种基于内置式电极的柔性压阻传感器及其研制方法，属于测量技术领域。基于内置式电极的柔性压阻传感器包括壳层、幔层和核区三层结构，壳层由绝缘高分子材料构成，幔层由具有压阻特性的石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料构成，核区由埋在石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料之中的作为电极的一对两端裸露中段涂有绝缘漆的金属丝构成。利用本发明提出的方法研制的基于内置式电极的柔性压阻传感器，大幅减小了探头中金属电极的尺寸，故而能有效提高传感器的柔性，特别适合应用于弯曲程度较大的场合，比如：机器人指端触觉实现、电子皮肤研制和国防与工业大型设备狭小曲面层间压力测量等。

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别涉及到用柔性压力传感器研制。

背景技术

随着科技的发展，柔性压阻传感器在现代工业和民用领域发挥着越来越重要的作用，比如：大型国防设备狭小曲面层间压力测量、机器人指端触觉和电子皮肤研制等领域。导电高分子复合材料具有压阻特性和柔性，故而可用于制备柔性压阻传感器。但是，目前基于这种复合材料的传感器大多采用基于片状金属电极的三明治结构，金属电极占据了大部分压敏区域，降低了传感探头的柔性，使其无法应用于弯曲程度较大的场合。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于内置式电极的柔性压阻传感器及其研制方法。所述的基于内置式电极的柔性压阻传感器包括壳层、幔层和核区三层结构，壳层由绝缘高分子材料构成，幔层由具有压阻特性的石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料构成，核区由埋在石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料之中的作为电极的一对两端裸露中段涂有绝缘漆的金属丝构成。

所述的基于内置式电极的柔性压阻传感器的研制方法包括以下步骤：将作为核区的一对两端裸露中段涂有绝缘漆的金属丝固定于旋转平台之上备用；将厚度15纳米直径150纳米的石墨烯微片、聚二甲基硅氧烷和正己烷按1∶16∶170的体积比混合，利用机械搅拌和超声振荡使石墨烯微片在由聚二甲基硅氧烷和正己烷构成的混合溶液中分散，待正己烷挥发后，形成石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料；将石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料滴入所述的固定有一对两端裸露中段涂有绝缘漆的金属丝的旋转平台之上，把石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料旋涂成所需厚度，并确保所述的一对两端裸露中段涂有绝缘漆的金属丝被包裹在石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料之中；待石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料硫化成型后，形成基于内置式电极的柔性压阻传感器的幔层；将所述的幔层剪裁为所需尺寸；将交联剂和聚二甲基硅氧烷按一定比例混合制备为绝缘高分子材料；将部分绝缘高分子材料均匀地涂覆在程控升降台的固定平台上的刚性平板上，将所述的埋有一对两端裸露中段涂有绝缘漆的金属丝的幔层放置于程控升降台的固定平台上的绝缘高分子材料之上，再将剩余的绝缘高分子材料涂覆在幔层之上，使所述的幔层完全被包裹在绝缘高分子材料之中；通过微机控制固定于程控升降台可动平台上的光滑刚性平板向下移动，将包裹在幔层上的绝缘高分子材料挤压为所需厚度；待绝缘高分子材料成型后，形成基于内置式电极的柔性压阻传感器的壳层；将所述的壳层裁剪为所需尺寸，进而完成基于内置式电极的柔性压阻传感器的制备。

本发明的特点及效果：

本发明提出的研制方法，将金属丝作为电极埋于复合材料内部，大幅减少了探头中金属电极的尺寸，故而有效地提高了传感探头的柔性；并且，由于经过大量实验和分析得到了最佳的石墨烯含量和形貌特征，故能确保复合材料电阻随压力单调变化。因此，利用本发明的方法研制的基于内置式电极的柔性压阻传感器可以应用于弯曲程度较大的场合，比如：电子皮肤研制和曲面层间压力测量等。

附图说明

图1为基于内置式电极的柔性压阻传感器的结构示意图。

图1中，a代表作为电极的金属丝；b代表涂在金属丝之上的绝缘漆；c代表由硫化后的石墨烯填充聚二甲基硅氧烷复合材料构成的幔层；d代表由已成型的绝缘高分子材料构成的壳层。

具体实施方式