CN103808437B - 基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件，属于测量技术领域。该压阻器件包括两个基于导电高分子复合材料的压阻单元：递增型压阻单元和递减型压阻单元。导电高分子复合材料由溶液混合法制备而成。递增型压阻单元的导电相含量高于复合材料临界含量，其电阻随压力的增大而增大；递减型压阻单元的导电相含量低于复合材料临界含量，其电阻随压力的增大而减小，以形成差动结构。利用本发明提出的方法研制的压阻器件，具有灵敏度高、柔性高和成本低等优点，特别适用于工业设备狭小曲面层间小压力测量。

Description

基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别涉及到柔软传感器制备工艺。

背景技术

随着现代工业的迅猛发展，很多大型设备中存在曲面层间结构，层间压力的测量是确保系统安全运行的关键。但是，由于层间间隙狭小、接触表面不规则，故而，给传统刚性传感器的安装带来了困难。导电高分子复合材料是一种新型的功能材料，不但具有柔性，而且其电阻在压力的作用下产生规律性变化，因此，这种复合材料可作为柔性压力传感器的敏感材料，并应用于曲面层间压力测量。但是，采用这种材料的电阻在小压力下的变化小，故而，导致基于这种材料的柔性压力传感器在测量小压力时的灵敏度低，限制了其的应用。差动结构是提高测量灵敏度的有效方法，传统方法是将两个特性相同的应变片设置于不同位置以获得不同的受力状态，进而实现差动结构。但在狭小曲面层间压力测量的工程应用中，由于曲面层间结构的限制，无法利用传统的方法来实现差动结构以提高灵敏度。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件的制备方法。利用本发明提出的方法所制备的基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件，不但提高了灵敏度，而且柔性高、结构简约、安装简便，特别适用于狭小曲面层间的小压力测量。

本发明提出的基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件的制备方法的技术方案如下：

在聚酰亚胺薄膜上覆合两个电极作为底层封装薄膜，所述的两个电极分别作为递增型压阻单元的下电极和递减型压阻单元的下电极；将底层封装薄膜固定于旋转平台上备用；利用溶液混合法将导电粉末与液态高分子材料按递增型压阻特性所对应的特征质量比相混合，形成具有递增型压阻特性的导电高分子复合材料胶状粘稠物，并将其滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的递增型压阻单元的下电极之上，利用旋涂形成所需厚度的递增型压阻效应薄膜，硫化60小时后成型；修剪递增型压阻效应薄膜，仅保留硫化在递增型压阻单元的下电极表面上的部分；利用溶液混合法将导电粉末与液态高分子材料按递减型压阻特性所对应的特征质量比相混合，形成具有递减型压阻特性的导电高分子复合材料胶状粘稠物，并将其滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的递减型压阻单元的下电极之上，利用旋涂形成所需厚度的递减型压阻效应薄膜，硫化60小时后成型；将硫化在递减型压阻单元的下电极表面之外的递减型压阻效应薄膜清除；在聚酰亚胺薄膜上覆合递增型压阻单元的上电极和递减型压阻单元的上电极作为顶层封装薄膜，其中，两个电极的尺寸与底层封装薄膜的两个电极尺寸一致；在硫化在底层封装薄膜上的递增型压阻效应薄膜和递减型压阻效应薄膜周围涂热固胶，并将顶层封装薄膜覆盖其上，用柔性材料封装机进行热压封装，进而完成基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件的制备。

本发明的特点及效果：

本发明设计的基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件包括递增型压阻单元和递减型压阻单元。递增型压阻单元的导电相含量高于复合材料临界含量，其电阻随压力的增大而增大；递减型压阻单元的导电相含量低于复合材料临界含量，其电阻随压力的增大而减小，从而形成了差动结构，进而提高了小压力下(小于0.1MPa)的测量灵敏度。

附图说明

图1为底层封装薄膜的俯视图。

图2为差动式柔性压阻器件的剖面图。

图1和图2中，1代表底层封装薄膜的聚酰亚胺薄膜，2代表底层封装薄膜的递增型压阻单元的下电极，3代表底层封装薄膜的递增型压阻单元的下电极的引线，4代表底层封装薄膜的递减型压阻单元的下电极，5代表底层封装薄膜的递减型压阻单元的下电极的引线，6代表递增型压阻效应薄膜，7代表递减型压阻效应薄膜，8代表热固胶，9代表顶层封装薄膜的聚酰亚胺薄膜，10代表顶层封装薄膜的递增型压阻单元的上电极，11代表顶层封装薄膜的递增型压阻单元的上电极的引线，12代表顶层封装薄膜的递减型压阻单元的上电极，13代表顶层封装薄膜的递减型压阻单元的上电极的引线。

具体实施方式

以下结合实施例说明本发明提出的基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件制备方法：

在聚酰亚胺薄膜1上覆合两个电极作为底层封装薄膜，其俯视图如图1所示；所述的两个电极分别作为递增型压阻单元的下电极2和递减型压阻单元的下电极4；将底层封装薄膜固定于旋转平台上备用；利用溶液混合法将导电粉末与液态高分子材料按递增型压阻特性所对应的特征质量比相混合，形成具有递增型压阻特性的导电高分子复合材料胶状粘稠物，并将其滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的递增型压阻单元的下电极2之上，利用旋涂形成所需厚度的递增型压阻效应薄膜6，硫化60小时后成型；修剪递增型压阻效应薄膜，仅保留硫化在递增型压阻单元的下电极2表面上的部分；利用溶液混合法将导电粉末与液态高分子材料按递减型压阻特性所对应的特征质量比相混合，形成具有递减型压阻特性的导电高分子复合材料胶状粘稠物，并将其滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的递减型压阻单元的下电极4之上，利用旋涂形成所需厚度的递减型压阻效应薄膜7，硫化60小时后成型；将硫化在递减型压阻单元的下电极4表面之外的递减型压阻效应薄膜清除；在聚酰亚胺薄膜上覆合递增型压阻单元的上电极10和递减型压阻单元的上电极12作为顶层封装薄膜，其中，两个电极的尺寸与底层封装薄膜的两个电极尺寸一致；在硫化在底层封装薄膜上的递增型压阻效应薄膜6和递减型压阻效应薄膜7周围涂热固胶，并将顶层封装薄膜覆盖其上，用柔性材料封装机进行热压封装，进而完成基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件的制备，所述的差动式压阻器件的剖面图如图2所示。

实施例

在聚酰亚胺薄膜上覆合递增型压阻单元的下电极和递减型压阻单元的下电极作为底层封装薄膜；递增型压阻单元的下电极与递减型压阻单元的的下电极的面积分别为24平方毫米和8平方毫米；将底层封装薄膜固定于旋转平台上备用；利用溶液混合法导电炭黑粉末(比表面积为780平方米/克)与室温硫化硅橡胶按0.08∶1的质量比相混合，形成具有递增型压阻特性的炭黑填充硅橡胶复合材料胶状粘稠物，并将其滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的递增型压阻单元的下电极之上，利用旋涂形成厚度为0.08毫米的递增型压阻效应薄膜，硫化60小时后成型；修剪递增型压阻效应薄膜，仅保留硫化在递增型压阻单元的下电极表面上的部分；利用溶液混合法导电炭黑粉末(比表面积为780平方米/克)与室温硫化硅橡胶按0.11∶1的质量比相混合，形成具有递减型压阻特性的炭黑填充硅橡胶复合材料胶状粘稠物，并将其滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的递减型压阻单元的下电极之上，利用旋涂形成厚度为0.08毫米的递减型压阻效应薄膜，硫化60小时后成型；将硫化在递减型压阻单元的下电极表面之外的递减型压阻效应薄膜清除；在聚酰亚胺薄膜上覆合递增型压阻单元的上电极和递减型压阻单元的上电极作为顶层封装薄膜，其中，两个电极的尺寸与底层封装薄膜的两个电极尺寸一致；在硫化在底层封装薄膜上的递增型压阻效应薄膜和递减型压阻效应薄膜周围涂热固胶，并将顶层封装薄膜覆盖其上，用柔性材料封装机进行热压封装，进而完成基于炭黑填充硅橡胶复合材料的差动式柔性压阻器件的制备。

Claims (1)

1.一种基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在聚酰亚胺薄膜上覆合两个电极作为底层封装薄膜，所述的两个电极分别作为递增型压阻单元的下电极和递减型压阻单元的下电极；将底层封装薄膜固定于旋转平台上备用；利用溶液混合法将导电粉末与液态高分子材料按递增型压阻特性所对应的特征质量比相混合，形成具有递增型压阻特性的导电高分子复合材料胶状粘稠物，并将其滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的递增型压阻单元的下电极之上，利用旋涂形成所需厚度的递增型压阻效应薄膜，硫化60小时后成型；修剪递增型压阻效应薄膜，仅保留硫化在递增型压阻单元的下电极表面上的部分；利用溶液混合法将导电粉末与液态高分子材料按递减型压阻特性所对应的特征质量比相混合，形成具有递减型压阻特性的导电高分子复合材料胶状粘稠物，并将其滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的递减型压阻单元的下电极之上，利用旋涂形成所需厚度的递减型压阻效应薄膜，硫化60小时后成型；将硫化在递减型压阻单元的下电极表面之外的递减型压阻效应薄膜清除；在聚酰亚胺薄膜上覆合递增型压阻单元的上电极和递减型压阻单元的上电极作为顶层封装薄膜，其中，两个电极的尺寸与底层封装薄膜的两个电极尺寸一致；在硫化在底层封装薄膜上的递增型压阻效应薄膜和递减型压阻效应薄膜周围涂热固胶，并将顶层封装薄膜覆盖其上，用柔性材料封装机进行热压封装，进而完成基于导电高分子复合材料的差动式柔性压阻器件的制备。