CN106323512B - 使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法 - Google Patents

使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法 Download PDF

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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material

Abstract

本发明公开了使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法，首先将热敏感疏水弹性高分子材料切割形成与电极的压电材料形状大小相同的镂空部分，将热敏感疏水弹性高分子材料放置于两电极之间，加热使高分子材料熔化的同时将两电极向中间施压进而实现电极的稳定固化。该方法有如下优点：(1)改进了传统压电传感设备的封装方法，使设备更稳定；(2)多样化设计打破了单一的设备结构，使应用更加广泛；(3)切割和低温热压封装方案易于进行规模化加工/生产。本发明首次利用热敏感疏水弹性高分子材料的固有特征，实现了电极的封装与隔绝，得到稳定多样的压电结构，本发明方便快捷、方法简单、适用于各种绝缘封装，加热粘接领域。

Description

使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的 方法
技术领域
本发明属于传感器组装领域，具体涉及一种使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器设备的方法。
背景技术
近几年，压力采集技术应用于可穿戴领域构建可穿戴压力传感器得到广泛的关注。压力采集系统在机器人系统，电子皮肤，复健设备和可穿戴医疗器械等方面有着广阔的应用潜力。迄今为止，压力传感检测系统，按照传感器种类来分类，可以分为电容式、压阻式和压电式。其中压阻传感器具有形变范围大、工艺简单、成本低廉等优势，所以目前的压力采集与分析系统多采用压阻传感器。
压阻传感器是根据在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，将微小外力变化转化为电信号进行分析检索的系统。这方面的研究也日渐成熟，检测灵敏度不断提高，例如Yunsik Joo等人将银纳米线嵌入PDMS中构建了压电设备进行手指按压并设计矩阵测试，但是，实验过程较为复杂，在实际应用中受到限制。随着可穿戴电子设备研究的不断深入，逐渐出现以纤维织物为基底的压电电阻设备，例如Yong Wei等人通过浸泡方法将银纳米线修饰在棉纤维的表面构建压电传感设备，并进行了灵敏度和人体关节弯曲的响应测试，然而，电极组装采用边缘粘合，组装粗糙，从而使设备的稳定性有所降低。
针对现有技术的问题，有必要对电极组装方法进行改进，避免现有的组装粗糙进而影响设备的稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法。通过所述方法可以实现传感器结构的多样化设计，并且使设备更稳定。
为实现上述发明目的，具体提供了如下技术方案：
使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法，首先将热敏感疏水弹性高分子材料切割形成与电极的压电材料形状大小相同的镂空部分，将热敏感疏水弹性高分子材料放置于两电极之间，加热使高分子材料熔化的同时将两电极向中间施压进而实现电极的稳定固化。
优选的，所述热敏感疏水弹性高分子材料为封口膜。
优选的，所述热敏感疏水弹性高分子材料为聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或聚苯乙烯薄膜。
优选的，所述多样化压电传感器为单个或矩阵式的。
优选的，使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法，包括如下步骤：
1)电极印刷：在可穿戴纤维基底上依次印刷0.2cm*2cm的长条银电极作为导线和直径为1cm的圆形银纳米线作为压电材料，长条银电极与压电材料接触，分别制作两片；
2)热敏感疏水弹性高分子材料的切割：将热敏感疏水弹性高分子材料进行切割，使材料形成与压电材料形状大小相同的镂空部分；
3)电极组装：将两片印刷好的电极面对面组装，两个长条银电极方向相反，裁剪好的热敏感疏水弹性高分子材料放于中间，镂空部分与压电材料相对，将组装好的电极放置于两片玻璃片之间固定，然后加热使高分子材料熔化进而实现电极的稳定固化。
优选的，步骤2)所述热敏感疏水弹性高分子材料为封口膜，步骤3)所述加热方式为真空干燥箱，加热温度为100℃。
本发明的有益效果在于：本发明将热敏感疏水弹性高分子材料应用到压电传感的结构组装中，利用其加热融化的特点对两电极进行封装，另外采用模切机对热敏感疏水弹性高分子材料进行不同图案设计，实现压电传感设备的多样化应用。该方法有如下优点(1)改进了传统压电传感设备的封装方法，使设备更稳定；(2)多样化设计打破了单一的设备结构，使应用更加广泛；(3)切割和低温热压封装方案易于进行规模化加工/生产。本发明首次利用热敏感疏水弹性高分子材料的固有特征，实现了电极的封装与隔绝，得到稳定多样的压电结构，本发明方便快捷、方法简单、适用于各种绝缘封装，加热粘接领域，具有很大的潜在应用价值。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1表示利用模切机剪切热敏感疏水弹性高分子材料的示意图；
图2表示以热敏感疏水弹性高分子材料作为隔膜的组装过程；
图3表示以热敏感疏水弹性高分子材料作为隔膜的模拟流程；
图4表示热敏感疏水弹性高分子材料在自然状态(A)和组装到设备中(B)的切面表征；
图5表示设备在手指弯曲伸展条件下的压电性能测试。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法，包括如下步骤：
1)电极印刷：在可穿戴纤维基底上依次印刷0.2cm*2cm的长条银电极作为导线和直径为1cm的圆形银纳米线作为压电材料，长条银电极与压电材料接触，分别制作两片，如图2中A、B所示；
2)热敏感疏水弹性高分子材料的切割：将封口膜进行切割，使材料形成与压电材料形状大小相同的镂空部分，如图1中A所示；
3)电极组装：将两片印刷好的电极面对面组装，两个长条银电极方向相反，裁剪好的热敏感疏水弹性高分子材料放于中间，镂空部分与压电材料相对，将组装好的电极放置于两片玻璃片之间固定，放置于真空干燥箱100℃使热敏感疏水弹性高分子材料融化封装，操作流程如图2中D所示，其模拟流程如图3所示。
图4表示热敏感疏水弹性高分子材料在自然状态(A)和组装到设备中(B)的切面表征。
应用实施例
将通过实施例1组装好的设备用电化学工作站进行电化学性能表征，分别在不同的压力条件下观察电流的变化，通过计算得到电阻随压力的变化率，另外，测试人指关节弯曲伸展引起的压电信号的响应，如图5所示。由图5可看出，其效应速度灵敏、稳定。
实施例2
与实施例1不同的是，将多样化压电传感器设计成矩阵式的，将封口膜进行切割，使材料形成与压电材料形状大小相同的镂空部分，如图1中B所示。
将通过实施例2组装好的设备用电化学工作站进行电化学性能表征，其效应速度同样灵敏、稳定。
综上可论证，本发明首次利用热敏感疏水弹性高分子材料的固有特征，实现了电极的封装与隔绝，得到稳定多样的压电结构，本发明方便快捷、方法简单、适用于各种绝缘封装，加热粘接领域，具有很大的潜在应用价值。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法，其特征在于，首先将热敏感疏水弹性高分子材料切割形成与电极的压电材料形状大小相同的镂空部分，将热敏感疏水弹性高分子材料放置于两电极之间，加热使高分子材料熔化的同时将两电极向中间施压进而实现电极的稳定固化；包括如下步骤：
1）电极印刷：在可穿戴纤维基底上依次印刷0.2 cm*2 cm的长条银电极作为导线和直径为1 cm的圆形银纳米线作为压电材料，长条银电极与压电材料接触，分别制作两片；
2）热敏感疏水弹性高分子材料的切割：将热敏感疏水弹性高分子材料进行切割，使材料形成与压电材料形状大小相同的镂空部分；
3）电极组装：将两片印刷好的电极面对面组装，两个长条银电极方向相反，裁剪好的热敏感疏水弹性高分子材料放于中间，镂空部分与压电材料相对，将组装好的电极放置于两片玻璃片之间固定，然后加热使高分子材料熔化进而实现电极的稳定固化。
2.根据权利要求1所述使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法，其特征在于，所述热敏感疏水弹性高分子材料为封口膜。
3.根据权利要求1所述使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法，其特征在于，所述热敏感疏水弹性高分子材料为聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或聚苯乙烯薄膜。
4.根据权利要求1所述使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法，其特征在于，所述多样化压电传感器为单个或矩阵式的。
5.根据权利要求1所述使用热敏感疏水弹性高分子材料封装多样化压电传感器的方法，其特征在于，步骤2）所述热敏感疏水弹性高分子材料为封口膜，步骤3）所述加热方式为真空干燥箱，加热温度为100℃。
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