[发明专利]一种超快响应的柔性应变传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种超快响应的柔性应变传感器及其制备方法。本发明首先对柔性基底表面进行改性处理和拉伸处理，然后将功能化石墨烯分散液涂覆在经拉伸处理的柔性基底表面，形成功能化石墨烯薄膜；再通过还原处理，形成石墨烯敏感层；然后涂刷导电银胶并粘结导线，得到超快响应的柔性应变传感器。本发明通过柔性基底进行改性和拉伸处理，使得基底对应力/应变波的传递都更加敏感；本发明所述功能化石墨烯分散液的分散溶剂为NMP，NMP溶剂沸点较高，蒸发缓慢，因此咖啡环效应明显，石墨烯晶片形成渐变的堆叠结构，进一步优化了石墨烯敏感层的传感性能。

技术领域

本发明涉及传感器的技术领域，特别涉及一种超快响应的柔性应变传感器及其制备方法。

背景技术

应变传感器是能够感知待测物体的变形，将材料形变转换为易传输、处理的电信号或者光信号的一类柔性传感器件。“柔性”要求应变传感器可以共形覆盖在无规则的待测物体表面，同时保持良好的功能性。近年来，随着柔性材料以及加工技术的发展，柔性传感器逐渐成为了研究热点。

柔性应变传感器的基本结构一般是由敏感材料(Sense Material)、界面(Interface)、基底(Substract)三层结构构成。基底与被测界面相连，应力波通过基底、基底与敏感材料的界面耦合至敏感材料，使得敏感材料电特性发生变化，从而实现应变的测量。

柔性应变传感器的响应时间是由应力波从被测基底通过界面传递到敏感材料部分，并使敏感材料电特性发生可检测变化的时间决定的，主要包含被测基底到界面的传播时间T_基底，界面的传播时间T_界面，以及敏感材料电特性变化时间T_敏感三个时间，响应时间即为这三个时间之和。传统电阻式应变传感器响应时间在十微秒量级，而现有的柔性应变传感器的响应时间在百毫秒量级，差距较大，因而限制了柔性传感器的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种超快响应的柔性应变传感器及其制备方法。本发明提供的超快响应的柔性应变传感器响应时间仅为50μs～500μs。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种超快响应的柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)对柔性基底表面进行改性处理，然后对得到的改性柔性基底进行拉伸处理，在所述改性柔性基底表面形成贯通的长裂纹；

(2)将功能化石墨烯分散液涂覆在所述步骤(1)经拉伸处理的柔性基底表面，形成功能化石墨烯薄膜；所述功能化石墨烯分散液的分散溶剂为N-甲基吡咯烷酮；

(3)对所述功能化石墨烯薄膜进行还原处理，形成石墨烯敏感层；

(4)在所述石墨烯敏感层两侧涂刷导电银胶并粘结导线，得到超快响应的柔性应变传感器；

所述超快响应的柔性应变传感器的响应时间为50μs～500μs。

优选的，所述柔性基底的杨氏模量为1MPa～1GPa；

所述柔性基底的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。

优选的，所述步骤(1)中的改性处理包括化学改性处理或等离子体改性处理；

所述化学改性处理包括以下步骤：将所述柔性基底在多巴胺溶液中浸渍；

所述等离子体改性包括以下步骤：对所述柔性基底表面进行氧等离子体处理；所述氧等离子体处理的功率为250～350w，气体流量为30～50mL/min，时间4～6min。

优选的，所述步骤(2)中的功能化石墨烯包括氧化石墨烯、羧基化石墨烯、羟基化石墨烯、氨基化石墨烯和疏基化石墨烯中的一种或几种。