[发明专利]一种纳米复合力传感材料

说明书

纳米复合传感材料采用具有接近或高于在低泊松比基质粘合剂中的逾渗阈值的低长径比导电填料配制，其具有高应变系数、低温度系数电阻(TCR)、低温度系数因子(TCGF)、低滞后。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月12日提交的序号为62/361,133的美国临时专利申请、2016年7月21日提交的序号为62/365,055的美国临时专利申请以及2016年7月27日提交的序号为62/367,180的美国临时专利申请的优先权。这些申请的公开内容通过引用整体并入本文。

关于联邦资助的研究或发展的声明

不适用。.

技术领域

本文的技术涉及力传感材料和该材料的前体制剂，更具体地涉及纳米复合材料作为力传感材料的应用，甚至更具体地涉及压阻纳米复合材料应用于力传感机构以用于各种应用。

背景技术和发明内容

复合材料，尤其是包含导电填料和有机或聚合物基质的纳米复合材料，可用于通过检测由应变引起的导电率和电容的变化来测量局部机械应变。它可用于需要测量局部应变或应变变化、压力或压力变化、或位移、变形、弯曲度或可挠性的广泛应用中。通过材料和设备的良好校准的温度系数，它还可以用作温度传感器来测量局部温度变化。使用材料和设备的良好校准的应变湿度关系，它还可以用作湿度传感器来测量局部湿度。

这种纳米复合材料的使用领域包括但不限于用于智能电话、平板电脑、个人计算机、触摸屏、虚拟现实(VR)系统、游戏系统、消费者性电子产品、车辆、科学仪器、玩具、遥控器、工业机械的任何人机界面中的力传感和控制；监测心率、血压，以及肌肉、骨骼、关节和其他身体部位的运动和加速度的生物医学传感器；测量机器人任何部位的触摸、局部压力、局部张力、运动和加速度的机器人传感器；建筑物、桥梁和其任何他人造结构的振动传感器；监测可在陆地、空中、水或空间中使用的车辆的任何部件的应变、压力、运动、加速度的传感器；可集成到智能织物中的运动传感器、加速度传感器和应变传感器；可集成到微电子机械系统(MEMS)中的运动传感器、加速度传感器和力传感器，以及需要测量局部静态或动态变形、位移或应变的其任何他应用。

在该专利中，我们提出了一种纳米复合传感材料，其具有接近或高于在低泊松比基质粘合剂中的逾渗阈值的低长径比导电填料，具有高应变系数、低电阻温度系数(temperature coefficient of resistance，TCR)、低应变系数温度系数(temperaturecoefficient of gauge factor,TCGF)和低滞后性。

附图简要说明

通过参考以下结合附图的当前优选的说明性的实施例的详细描述，将更好和更完全地理解这些和其它特征和优点，其中：

图1a示出了示例性的力传感膜，其包括当前公开的沉积在基板上以形成可变电阻器的纳米复合压阻材料。制作电触头以测量R_G0的电阻。出于说明性的目的，该图未被绘制为实际比例，并且基板的厚度通常比力传感膜厚得多，使得膜位于中性面的一侧并且仅经历压缩或拉伸应变。

图1b示出了示例性的力传感膜，其包括当前公开的沉积在被施加力的基板上的纳米复合压阻材料。该结构的阻力现在变为R_G1。同样，基板的实际厚度比膜厚得多，并且在这种特定情况下，膜经受拉伸应变。

图2示出了示例性的惠斯通电桥，其中，电桥的一个臂由可变电阻器代替，该可变电阻器包括当前公开的纳米复合压阻材料。R1、R2、R3是参考电阻器，可变电阻的变化可以从R₁、R₂、R₃、V_in以及V_out计算得出。