[发明专利]一种具有超弹性多孔结构的压阻传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有超弹性多孔结构的压阻传感器及其制备方法，该压阻传感器以超弹性基体与导电相形成的复合材料作为基础材料，通过混入发泡反应粉末和CH₃COOH进行发泡得到压敏层。其中压敏层厚度、孔隙率及孔径尺寸可根据不同使用情形进行随意调控。本发明的超弹性多孔结构压阻传感器不仅能够实现普通压阻传感器的功能，且其非常灵敏，而且测量范围几乎没有限制，可用于较大缝隙或距离的检测。并且由于其超弹性特点能够最大程度减小对被检测物的损坏，可以实现在低压力下的高精度测量，尤其适用于文物裂缝的无损检测。本发明的方法简单易行，成本低廉，性能优越，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于柔性及可拉伸压阻传感器领域，尤其涉及一种具有超弹性多孔结构的压阻传感器及其制备方法，该压阻传感器利用超弹性多孔结构的导电层作为压敏层，可用于缝隙的无损检测，尤其是文物裂缝的检测。

背景技术

传统的裂缝测量手段包括：塞尺、电子尺、裂缝宽度测试仪、激光间隙枪、布拉格光纤传感器等，但是都存在着一定问题，如塞尺无法满足实时测量要求、测量误差较大且易造成二次损伤。而裂缝宽度测试仪设备体积较大，同时成本较高。布拉格光纤传感器需要打孔嵌入式测量，对被测量物有较大损坏。

而目前在利用压阻传感器测量裂缝方面，测量精度是裂缝测量的一个重要指标，压力灵敏度在裂缝的无损检测中也是一个十分重要的指标，其计算公式为[ΔR/R0]/ΔP，顾名思义，即在单位压强变化区间内电阻的变化率，该值越大，则压敏传感器的灵敏度越高。现有的柔性压阻传感器，大多采用硅片凹模制备表面柔性微突，这样的微突结构只适用于较小的形变，对于形变量大的情形便不适用，尤其是对于较大的裂缝，现有压阻传感器往往无法较好的对其测量。柔性及可拉伸电子学是当前电子学领域的研究热点，并且在很多应用方面取得了进展，如柔性显示器、电子皮肤、柔性传感器和可植入医疗器件等。因此，如果能够结合当前的柔性器件特点，设计出一种新颖的结构或者形貌，同时开发出一种新的工艺技术，使得高弹性压阻传感器在低成本，高性能的前提下在得到相关应用，不仅解决当下压阻传感器测量如文物裂缝的诸多问题，同时推进科学研究的进步。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有超弹性多孔结构的压阻传感器及其制备方法，该压阻传感器生产成本低、可以用于检测较大缝隙或距离，尤其可应用在文物裂缝的无损检测。

本发明的一种具有超弹性多孔结构的压阻传感器，包括压敏层及电极层，电极层设于压敏层上、下表面，所述的压敏层为由超弹性基体与导电相复合的多孔材料。

上述技术方案中，所述的超弹性基体材料为Eco-flex或其他杨氏模量低于180kPa的超弹材料，导电相为乙炔黑粉末。

所述的压敏层中导电相占复合材料总质量的3％-5％。

所述的压敏层中孔径分布为0.03mm-1.25mm，孔隙率为17％-47％。

所述的压敏层的多孔结构是通过化学发泡得到，方法如下：在超弹性基体与导电相的混合物中加入发泡反应粉末和CH₃COOH共混，搅拌发泡获得多孔结构；所述的发泡反应粉末是CaCO₃或NaHCO₃。在所述的共混混合物中发泡反应粉末的质量分数为5％-11.67％，所用发泡反应粉末的粒径范围是1μm-10μm；CH₃COOH的体积浓度为2.5％-12.5％。

进一步的，在发泡过程中向共混混合物中添加表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)，其添加质量占共混混合物的0.6％-3％。

所述的压敏层厚度为0.5mm-50mm。

上述的具有超弹性多孔结构的压阻传感器的制备方法，包括如下步骤：

a.称取基体材料Eco-flex，以及导电相材料乙炔黑，混合搅拌均匀；