CN107202538A - 一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于蝎子缝感受器形态结构的裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法，仿生传感器是由柔性材料、溶胀材料、金属材料、粘合剂及有机溶剂制成，将溶胀材料涂覆于柔性材料之上，并将金属材料制成中部颈缩状，使用粘合剂粘合于溶胀材料上；再将有机溶剂滴入金属材料颈缩部位，使其渗透至溶胀材料，通过溶胀材料膨胀产生的应力促使金属材料应力集中部位产生断裂，形成裂纹，并将样品进行干燥，使溶胀材料恢复形变。通过控制溶胀材料层、金属材料层的厚度以及有机溶剂的种类等因素来对裂纹应变传感器的几何尺寸进行调整，从而实现裂纹应变式仿生传感器的可控制造。
Description
技术领域
本发明属于应变传感器制造技术领域，具体涉及一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法。
背景技术
应变传感器是将待测对象的受力及形变转化为电信号的一种传感器。随着现代化技术的不断发展，传感器早已广泛渗透于诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护等有关社会发展及人类生活的各个领域，因此，设计出体积小、结构简单、灵敏度高的应变传感器具有重要的科学意义和广泛的应用前景。
随着仿生学的不断发展，许多科学和工程难题都可以从生物界获得灵感。蝎子的缝感受器是一种极为敏感的机械感受器，可以准确分辨猎物与天敌的细微差别，为研发高灵敏的仿生传感器提供了天然的生物蓝本。基于蝎子缝感受器形态结构的设计的可控裂缝式应变传感器，具有体积小、结构简单、灵敏度高、易于批量生产等优点，在人体健康及运动监测，智能机器人，人机交互设备，医疗器械等领域都具有潜在应用前景。
发明内容
本发明的目的是在对蝎子缝感受器形态结构研究的基础上，提供一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法。
本发明的步骤如下：
步骤1.选择一种柔性材料作为基板，并在其上涂覆一层溶胀材料；所述的柔性材料为PET，所述的溶胀材料的厚度为40µm，所述的溶胀材料为环氧树脂。
步骤2.选择一种金属电极，将金属电极的中部制成颈缩状，使其产生应力集中；所述的金属电极为Ag电极；所述颈缩状的宽度为10µm，内角为270°。
步骤3.选择一种粘合剂将金属电极与溶胀材料进行粘合；所述的粘合剂材质为Cr。
步骤4.选择一种有机溶剂，选用标准为溶胀材料在该溶剂中膨胀产生的形变远远大于柔性基底的形变；所述的有机溶剂为乙醇、丙酮或甲醇。
步骤5.将有机溶剂滴于金属电极材料上并使其浸透金属电极颈缩状部分，静置一段时间，溶胀材料发生膨胀，电极金属材料由于应力集中产生断裂，裂纹快速扩展，金属被分成两个部分。
步骤6.金属电极裂纹产生后，将有机溶剂进行清理，并将样件进行干燥处理，使有机溶剂逐渐挥发，溶胀材料逐渐恢复原状。
步骤7.引出电极，接入测量电路，测试其作为应变式传感器的传感参数。
本发明的有益效果：
本发明是一种基于蝎子缝感受器形态结构研究的裂纹式仿生传感器的可控制造方法，通过控制溶胀材料层、金属电极材料层的厚度以及有机溶剂的种类等因素来对裂纹应变传感器的几何尺寸进行调整。该方法制造的裂纹应变传感器结构简单、经济性好、灵敏度高且易于批量化生产，在可穿戴式传感器领域有极大的应用前景。
附图说明
图1是金属电极的颈缩部位未滴加有机溶剂前的示意图。
图2是金属电极的颈缩部位滴加有机溶剂后的示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明是将溶胀材料2涂覆于柔性材料1之上，并将金属电极3制成中部呈颈缩状，使用粘合剂4粘合于溶胀材料2上；再将有机溶剂5滴入金属电极3的颈缩部位，使有机溶剂5渗透至溶胀材料2，通过溶胀材料2膨胀产生的应力促使金属电极3应力集中部位产生断裂，形成裂纹，并将样品进行干燥，使溶胀材料2恢复形变。
在实际制造过程中,为缩短溶胀材料恢复时间,可以使样件在真空条件下进行干燥
在实际制造过程中，裂纹的长度可由金属电极3的形状和尺寸进行控制，宽度可由溶胀材料的聚合度进行控制。
所述的柔性材料1为PET，所述的溶胀材料2的厚度为40µm，所述的溶胀材料2为环氧树脂。
所述的金属电极3为Ag电极；所述金属电极3颈缩部位的宽度为10µm，内角为270°。
所述的粘合剂4材质为Cr。
所述的有机溶剂5为乙醇、丙酮或甲醇。
Claims (6)
1.一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法，其特征在于：是将溶胀材料（2）涂覆于柔性材料（1）之上，并将金属电极（3）制成中部呈颈缩状，使用粘合剂（4）粘合于溶胀材料（2）上；再将有机溶剂（5）滴入金属电极（3）的颈缩部位，使有机溶剂（5）渗透至溶胀材料（2），通过溶胀材料（2）膨胀产生的应力促使金属电极（3）应力集中部位产生断裂，形成裂纹，并将样品进行干燥，使溶胀材料（2）恢复形变。
2.根据权利要求1所述的一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法，其特征在于：所述的柔性材料（1）为PET。
3.根据权利要求1所述的一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法，其特征在于：所述的溶胀材料（2）的厚度为40µm，所述的溶胀材料（2）为环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法，其特征在于：所述的金属电极（3）为Ag电极；所述金属电极（3）颈缩部位的宽度为10µm，内角为270°。
5.根据权利要求1所述的一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法，其特征在于：所述的粘合剂（4）材质为Cr。
6.根据权利要求1所述的一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法，其特征在于：所述的有机溶剂（5）为乙醇、丙酮或甲醇。
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