CN106767942A - 一种制备可拉伸电阻应变片的方法 - Google Patents

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喻研
周超勇
臧剑锋
叶镭
曾志康
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Abstract

本发明公开了一种摩擦‑转移制备可拉伸电阻应变片的方法，该方法将不同目数的金相砂纸平铺在橡胶垫上，再用石墨块在金相砂纸进行摩擦，最后将金相砂纸上的石墨微片转移到可拉伸超高粘性胶带(VHB)衬底上，使石墨微片在VHB衬底上形成的导电面，得到柔性电阻应变片。本发明所制备的可拉伸电阻应变片的导电机制在于石墨微片在粘性可拉伸橡胶衬底上形成的渗流导电面；由于该导电面的微观导电通路会随应变发生变化，从而拉伸后电阻发生显著变化；并且所选VHB衬底可反复拉伸，因此导电膜具有良好的可拉伸性；同时，由于原材料成本低廉、制备工艺简便，因此还具有成本低的特点。

Description

一种制备可拉伸电阻应变片的方法
技术领域
本发明属于可拉伸电阻应变片的制备方法及工艺领域，更具体的，涉及一种可拉伸电阻应变片的摩擦-转移制备方法。
背景技术
随着现代人们生活水平的提高与科学研究技术的发展，在传感器领域出现了前所未有的发展和机遇。在一些新兴领域，如个性化健康监测，人体运动检测，人机界面，柔性机器人等，传统的传感器越来越难以满足其需求，而作为新兴的柔性可拉伸传感器其需求越来越高。相比于传统的传感器，其具有灵活性好、超薄、重量轻便、低模量以及可拉伸的特性。近年来，新兴传感器材料及制作工艺取得了空前的发展。而许多柔性可拉伸传感器依靠微纳米结构材料的应用，其灵敏度、拉伸率及制作工艺都有了极大提高，从而使其可以应用于更精细的物理信号探测，如心率、脉搏、声音以及面部表情等方面。然而，它们成本高且制备过程复杂，难以实现批量化生产。
因此，开发新型工艺来制备具有良好可拉伸性的低成本电阻应变片具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备可拉伸电阻应变片的方法，用于解决现有技术成本高且制备过程复杂，难以实现批量化生产等技术问题。
本发明提供一种制备可拉伸电阻应变片的方法，技术方案为：
一种制备可拉伸电阻应变片的方法，包括如下步骤：
(1)将柔性粗糙表面平铺在弹性体上；
(2)用石墨块在柔性粗糙表面进行摩擦，使得柔性粗糙表面覆盖石墨微片；
(3)将柔性粗糙表面上的石墨微片转移到粘性可拉伸橡胶衬底上，使石墨微片在粘性可拉伸橡胶衬底上形成导电面，得到可拉伸柔性电阻应变片。
优选地，所述步骤(2)中摩擦压力0.5～1.5MPa，摩擦次数5～15次。
优选地，所述柔性粗糙表面为1000目～11000目金相砂纸。
优选地，所述弹性体为橡胶垫，其作用是使得石墨块在柔性粗糙表面上摩擦时，柔性粗糙表面的受力比较均匀，保证样品的均匀性。
优选地，所述粘性可拉伸橡胶衬底为VHB。
优选地，所述步骤(3)中，通过将附着有石墨微片的柔性粗糙表面与粘性可拉伸橡胶衬底贴合并施加一定的压力，使石墨微片附着在粘性可拉伸橡胶衬底上形成导电面，然后撕去柔性粗糙表面。
优选地，所述步骤(2)中形成的石墨微片层厚度是均匀的。
本发明所制备的可拉伸电阻应变片的导电机制在于石墨微片在粘性可拉伸橡胶衬底上形成的渗流导电面；由于该导电面的微观导电通路会随应变发生变化，从而拉伸后电阻发生显著变化；并且所选VHB衬底可反复拉伸，因此导电膜具有良好的可拉伸性；同时，与现有技术和方法相比，本专利所用的方法没有涉及高温高压等苛刻环境、也没有发生任何化学反应，因此制备工艺简便，并且，由于本专利所用的方法所需的原材料成本低廉(没有使用现有技术和方法通常涉及的纳米材料、贵金属材料、复杂化合物材料等)，因此还具有成本低的特点。
本发明的有益效果是：通过简单易行的摩擦-转移工艺步骤，可以制备出一种可拉伸电阻应变片，与目前的制备工艺相比，该技术具有简单易行的制备工艺、极短的工艺周期、以及较低的成本。该方法不需要复杂的工艺步骤以及繁多的辅助材料，仅需要将石墨粉摩擦到柔性衬底，并转移到可拉伸粘性膜上，即可制备出可拉伸电阻应变片，与目前常见的制备方法相比，具有极其优异的工艺便利性。
附图说明
图1为实例1-3所制备的可拉伸电阻应变片的显微形貌。
具体实施方式
下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。
本发明实例提供的一种摩擦-转移制备可拉伸电阻应变片的方法，其具体实施步骤为：
(一)工艺准备：裁剪不同目数(1000目～11000目)的金相砂纸，并将其平铺于橡胶垫上。
(二)摩擦：用石墨块在(一)中的金相砂纸上进行摩擦，使(一)中的金相砂纸表面覆盖一层石墨微片。
摩擦压力0.5～1.5MPa，摩擦次数5～15次。
(三)转移：将步骤(二)中的金相砂纸上覆盖了石墨微片的一面粘接在VHB衬底上，并撕掉步骤(二)中的金相砂纸，从而使石墨微片转移到VHB衬底上，获得可拉伸电阻应变片。
实例：
实例1
步骤1，工艺准备：裁剪1000目的金相砂纸，并将其平铺于橡胶垫上。
步骤2，摩擦：用石墨块在步骤1中的金相砂纸上进行摩擦，使步骤1中的金相砂纸表面覆盖一层石墨微片。
摩擦压力0.5MPa，摩擦次数5次。
步骤3，转移：将步骤2中的金相砂纸上覆盖了石墨微片的一面粘接在VHB衬底上，并撕掉步骤2中的金相砂纸，从而使石墨微片转移到VHB衬底上，获得可拉伸电阻应变片。其微观形貌如图1(a)所示。
采用数字万用表测试无应变时的初始电阻(R0)和应变(ε)为10％时的电阻(R)，利用应变因子(GF)计算公式：GF＝(R-R0)/ε，可计算出，柔性电阻应变片性能如下：应变10％时的应变因子为22。与现有技术和方法制备的可拉伸电阻应变片相比，本实例在方法更简便、原材料成本更低廉的基础上，依然具有同等的性能。
实例2
步骤1，工艺准备：裁剪11000目的金相砂纸，并将其平铺于橡胶垫上。
步骤2，摩擦：用石墨块在步骤1中的金相砂纸上进行摩擦，使步骤1中的金相砂纸表面覆盖一层石墨微片。继续摩擦直到已难以使石墨微片附着更多。
摩擦压力1.5MPa，摩擦次数15次。
步骤3，转移：将步骤2中的金相砂纸上覆盖了石墨微片的一面粘接在VHB衬底上，并撕掉步骤2中的金相砂纸，从而使石墨微片转移到VHB衬底上，获得可拉伸电阻应变片。其微观形貌如图1(b)所示。
采用数字万用表测试无应变时的初始电阻(R0)和应变(ε)为10％时的电阻(R)，利用应变因子(GF)计算公式：GF＝(R-R0)/ε，可计算出，柔性电阻应变片性能如下：应变10％时的应变因子为39。与现有技术和方法制备的可拉伸电阻应变片相比，本实例在方法更简便、原材料成本更低廉的基础上，依然具有同等的性能。
实例3
步骤1，工艺准备：裁剪6000目的金相砂纸，并将其平铺于橡胶垫上。
步骤2，摩擦：用石墨块在步骤1中的金相砂纸上进行摩擦，使步骤1中的金相砂纸表面覆盖一层石墨微片。
摩擦压力1MPa，摩擦次数10次。
步骤3，转移：将步骤2中的金相砂纸上覆盖了石墨微片的一面粘接在VHB衬底上，并撕掉步骤2中的金相砂纸，从而使石墨微片转移到VHB衬底上，获得可拉伸电阻应变片。其微观形貌如图1(c)所示。
采用数字万用表测试无应变时的初始电阻(R0)和应变(ε)为10％时的电阻(R)，利用应变因子(GF)计算公式：GF＝(R-R0)/ε，可计算出，柔性电阻应变片性能如下：应变10％时的应变因子为56。与现有技术和方法制备的可拉伸电阻应变片相比，本实例在方法更简便、原材料成本更低廉的基础上，依然具有同等的性能。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种制备可拉伸电阻应变片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将柔性粗糙表面平铺在弹性体上；
(2)用石墨块在柔性粗糙表面进行摩擦，使得柔性粗糙表面覆盖石墨微片；
(3)将柔性粗糙表面上的石墨微片转移到粘性可拉伸橡胶衬底上，使石墨微片在粘性可拉伸橡胶衬底上形成导电面，得到可拉伸柔性电阻应变片。
2.根据权利要求1所述的制备可拉伸电阻应变片的方法，其特征在于，所述步骤(2)中摩擦压力0.5～1.5MPa，摩擦次数5～15次。
3.根据权利要求1所述的制备可拉伸电阻应变片的方法，其特征在于，所述柔性粗糙表面为1000目～11000目金相砂纸。
4.根据权利要求1所述的制备可拉伸电阻应变片的方法，其特征在于，所述弹性体为橡胶垫，其作用是使得石墨块在柔性粗糙表面上摩擦时，柔性粗糙表面的受力比较均匀，保证样品的均匀性。
5.根据权利要求1所述的制备可拉伸电阻应变片的方法，其特征在于，所述粘性可拉伸橡胶衬底为VHB。
6.根据权利要求1所述的制备可拉伸电阻应变片的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过将附着有石墨微片的柔性粗糙表面与粘性可拉伸橡胶衬底贴合并施加一定的压力，使石墨微片附着在粘性可拉伸橡胶衬底上形成导电面，然后撕去柔性粗糙表面。
7.根据权利要求1所述的制备可拉伸电阻应变片的方法，其特征在于，所述步骤(2)中形成的石墨微片层厚度是均匀的。
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