CN109253739A - 基于液态金属图案化技术的应变传感器及其虚拟键盘 - Google Patents

基于液态金属图案化技术的应变传感器及其虚拟键盘 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于液态金属图案化技术的应变传感器及其虚拟键盘，其制备方法和应用。本发明使用液态金属图案化技术制造该手套，方法简单易行，能够轻易实现量产。本发明的手套能够穿戴于手上，实时精确地监测手部的动作；进一步能够作为虚拟键盘，可以实现字符的方便快捷的输入，克服了传统键盘体积大，不易携带的难题。本发明的手套采用全柔性的设计，避免了刚性的印刷电路板，有着非常好的柔性和拉伸性能。该手套键盘的输入风格接近于传统QWERTY键盘的输入方式，故相对于现有的手套键盘，易于被广大消费者所接受。本发明的应变传感器能够做成贴片贴在各个关节，用于识别全身的动作。

Description

基于液态金属图案化技术的应变传感器及其虚拟键盘
技术领域
本发明属于电子电路领域，具体涉及一种基于液态金属图案化技术的应变传感器及其虚拟键盘，其制备方法和应用。
背景技术
一直以来，对于动作的监控在医疗、机械、电影工业等领域具有重要的作用。现在对于动作的监控最常用的方法是在被测物上关键点贴上传感器，并使用一组相机去对动作进行识别，该方法十分复杂和昂贵，且需要大型的设备支持。另一种类型的动作捕捉传感器是电阻式的或者电容式的，该种传感器贴于关节处的依靠电阻或者电容变化来识别动作。该种传感器简单轻便，然而动作分辨率低，大多数情况下只能单纯识别出手指弯曲和伸直两种状态，而无法识别弯曲的程度。
我们基于液态金属图案化技术，开发了一种电阻式的可穿戴手套，利用其在手指弯曲过程中电阻的变化，精确监控手部的动作。据于此，我们进一步开发出虚拟键盘。
由于计算机技术的飞速发展，计算机被做得越来越小且越来越便携，反而传统的键盘由于其自身按键多，占地面积大，不易携带等特点严重限制了其数据输入的便捷性。
手套键盘大多都处在概念的阶段。例如装在手指上的传感器用于捕捉手势来实现数据和信息的输入。现有的手套键盘为按键式的手套键盘，其原理是手套的不同区域对应着不同的字母，如不同的手指关节对应着不同的字母按键开关，通过轻触开关从而实验数据和信息的录入。但是该方法进行数据和信息的录入较大地偏离了传统的输入风格，不能迅速适应，且传感器部分由于原理上的局限性会显得庞杂，严重限制了其轻巧简洁的要求，同时，该设备仍然会有刚性的电路板存在，严重限制了设备的柔性。为了克服以上的缺点，我们开发出了基于液态金属图案化技术的虚拟键盘，该键盘能够实现信息数据的便捷输入，符合传统键盘的字符输入方式，该设备轻巧便携，适用于各种场合。
本发明作为手部动作监控系统能够简单快速且精确地监控手部的运动状态，能轻易地识别各个手指的弯曲程度。且该设备小型易携带，无需大型设备。
本发明也提供了一种方便快捷的输入方式，避开了传统键盘体积大、不易携带的缺点。整套系统结构简明，原理简单。该发明采用液态金属图案化技术，制备拉伸传感器和对应的电路。该方法制备的拉伸传感器具有较好的灵敏性以及重复性，阻值变化与应变大小成良好的线性关系，对应关系范围大，不易出错。而对应的电路系统具有优良的柔性和拉伸性能，避开了刚性的印刷电路板，从而使得整套系统都具有柔性和可拉伸性能。该手套键盘通过识别不同程度的手指弯曲来实现字符的输入，该输入风格与传统键盘相似，熟练使用传统键盘的人都能够轻松使用该手套键盘。
现在报道的手套式手部动作监控装置分辨率低，只能对手指伸直和弯曲两个状态进行监控，且重复性差。现有的手套键盘为按键式的手套键盘，其原理是手套的不同区域对应着不同的字母，如不同的手指关节对应着不同的字母按键开关，通过轻触开关从而实验数据和信息的录入。但是该方法进行数据和信息的录入较大地偏离了传统的输入风格，不能迅速适应，且传感器部分由于原理上的局限性会显得庞杂，严重限制了其轻巧简洁的要求，同时，该设备仍然会有刚性的电路板存在，严重限制了设备的柔性。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种基于液态金属图案化技术的应变传感器及其虚拟键盘，其制备方法和应用。
在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：
术语“PDMS”是指：聚二甲基硅氧烷。
术语“Smooth-on系列材料”是指：美国smooth-on公司开发并出售的一系列商用的硅胶、橡胶、树脂和聚氨酯等材料。如Smooth-on Ecoflex系列、Smooth-on Dragon Skin系列等。
术语“PET”是指：聚对苯二甲酸乙二醇酯。
术语“PEIE”是指：聚乙氧基乙烯亚胺。
术语“DBE溶剂”是指：二元酸酯混合物。
术语“PI”是指：聚酰亚胺。
术语“PLA”是指：聚乳酸。
术语“PGA”是指：聚乙醇酸。
术语“PLGA”是指：聚乳酸-乙醇酸共聚物。
术语“PCL”是指：聚己内酯。术语“高分子”是指：相对分子质量高于10000的分子。
术语“弹性体”是指：既具有柔性，又具有拉伸性能的柔软材料，如PDMS、Smooth-on系列材料等。
术语“原始图案层”是指：利用液态金属颗粒在其上图案化的一层。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种应变传感器的制备方法，所述方法包括步骤：
(1)利用低熔点金属与挥发性液体混合超声或高速旋转剪切，制备纳米级或微米级的液态金属颗粒；
(2)使用以上步骤(1)制备的液态金属颗粒，在原始图案层材料上绘制上图案，待液态金属颗粒中的液体全部挥发后，留下液态金属颗粒组成的图案；
(3)在以上步骤(2)得到的图案上浇注上弹性体聚合物溶液，形成剥离层；
(4)待聚合物溶液固化后，将剥离层从原始图案层上剥离，即得所述应变传感器。
根据本发明第一方面的制备方法，其中，步骤(1)中所述液态金属选自以下一种或多种：镓、汞、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锌合金、铋锡铅铟镉组成的低熔点合金；所述挥发性液态溶剂选自以下一种或多种：乙醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇、N-甲基吡咯烷酮、二元酸酯混合物(DBE溶剂)，二甲基甲酰胺、二丙酮醇、1，3-二甲基－咪唑啉酮、二甲基亚砜、二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙酸酯、乙二醇碳酸酯、丙二醇碳酸酯、1,4-丁内酯、正辛醇。
步骤(2)中所述绘制的方法选自以下一种或多种：漏字板、丝网印刷、喷墨打印、微流沟道填充；
步骤(3)中所述高分子溶液选自：聚二甲基硅氧烷、Smooth-on系列材料、聚氨酯、橡胶、聚酰亚胺(PI)、环氧树脂、聚苯乙烯、PET、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)和聚己内酯(PCL)。
优选地，步骤(3)中PDMS溶液中掺杂0.5～100微升/克的PEIE溶液，优选为0.5～20微升/克，更优选为1～10微升/克，最优选为5微升/克。
本发明的第二方面提供了根据本发明第一方面所述方法制备的应变传感器。
根据本发明第二方面的应变传感器，所述应变传感器的形状选自以下一种或多种：蛇纹形、波浪形、弯折形；
优选地，所述应变传感器线宽为1～500微米，匝数为2～100，厚度为5～50微米；
更优选地，所述应变传感器线宽为20～200微米，匝数为20～50，厚度为10～30微米；
最优选地，所述应变传感器线宽为50微米，匝数为30，厚度为15微米。
本发明的第三方面提供了一种信号处理电路，所述电路包括如本发明第二方面所述的应变传感器，由液态金属制成的互联导线和电子元器件；优选地，所述电子元器件以液态铟镓合金为焊料焊接在线路上；更优选地，所述电路采用蓝牙模块与计算机通讯。
本发明的第四方面提供了一种手套键盘，所述手套键盘包括如本发明第二方面所述的应变传感器；
优选地，所述应变传感器在所述手套键盘上的固定方式选自以下一种或多种：直接印刷、胶水粘合、缝合、和/或胶带粘贴。
根据本发明第四方面的手套键盘，所述手套键盘通过手指的不同弯曲状态引起所述应变传感器的电阻变化实现字符输入。
本发明的第六方面提供了一种动作识别贴片，所述贴片包括如本发明第二方面所述的应变传感器；优选地，所述贴片中所述应变传感器线宽为1～500微米，优选为20～200微米，更优选为50～150微米，最优选为50微米。
本发明第七方面提供了一种动作监控装置、声音识别装置，所述装置包括根据本发明第二方面所述的应变传感器；
优选地，所述动作监控装置为游戏手柄或动作模拟机器人。
现结合本发明的构思，对本发明具体技术方案进一步阐述如下：
我们基于液态金属图案化技术开发了一种能监控手指运动的手套，我们利用各个关节上的应变传感器(电阻的变化)可以快速、实时且精密地监测手指的运动状况。基于此，我们开发出了一种手套键盘，解决了传统键盘体积大、不便携的难题，能够实现信息数据简单高效地输入。该设备轻巧便携,符合传统QWERTY键盘的字符输入方式，且适用于各种场合。
为了精确地监控手部的运动，并进一步地将之改造成虚拟键盘。整个构造过程分为以下几个步骤。
1.利用液态金属的图案化技术构造应变传感器。
(1)利用完全转移的方法在弹性体表面构造应变传感器。我们在弹性体表面制备了各种图案如弯折形、蛇纹形、波浪形等结构来增加变形时电阻的变化。流程如下：在挥发性液体中利用物理方法如超声和高速旋转剪切的方法将熔化的的低熔点金属制备成纳米级或微米级的颗粒，形成液态金属所构成的油墨。然后使用该油墨，利用丝网印刷、喷墨打印和漏字板等印刷技术在原始图案层如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)上印刷所需要的图案。待溶剂挥发后，使用弹性体聚合物溶液如聚二甲基硅氧烷(PDMS)，Smooth-on Ecoflex系列硅胶等浇注图案，作为剥离层。待聚合物溶液固化后，将剥离层从原始图案层剥离，使得导电图案完全转移到剥离层上。即可制成电阻对变形敏感的应变传感器。
(2)利用部分转移直接在手套表面印刷应变传感器。液态金属颗粒的油墨制备的方法如(1)所述，我们利用丝网印刷、喷墨打印和漏字板等印刷技术在平整的手套表面印刷所需要的图案。该手套为原始图案层。待图案干燥后，然后在图案上浇注上与手套亲和力大的聚合物溶液，如固化剂质量分数<5％的PDMS。待聚合物固化后，剥离该层，使得手套上的图案导电，即可在手套上得到应变传感器。
2.传感器贴片的实现
若需使用该应变传感器对手部动作进行监控，则需要使得该传感器于手部的关节紧密贴合。我们通过胶水、缝合、胶带粘贴等方式将(1)中制备的传感器固定于手套上。或者我们在(1)所述的PDMS中加入ethoxylated polyethylenimine(PEIE)作为剥离层，使得传感器本身具有粘性，直接贴于手指的关节处。
3.动作监控原理
本发明传感器为电阻式的传感器，其电阻会随着应变的变化而变化，在一定的范围内可视为线性变化。如图所示。应变传感器可设计为蛇纹形的、波浪形的、弯折形等，导线的宽度越小，匝数越多，厚度越薄该应变传感器的灵敏度也就越高。最优地，我们采用弯折形的宽度为200微米，匝数为6，厚度为12微米的应变传感器。如图1所示。将传感器贴于手部的关节处，可以连续地监控手部的动作变化，精确地给出手指的弯曲程度。如图2b所示。本发明的应变传感器具有极好的重复性和稳定性。如图2c所示。
为了进一步提高传感器的敏感性，我们增大弯折的匝数，缩小传感器线宽(1-100微米)。进一步地，我们将传感器贴片贴于喉部用于声音的识别。将贴片贴在面部用于表情的捕捉。
4.手套键盘的实现原理
进一步地，我们将手部动作监控的装置改装成为手套键盘，用于数据和信息的输入。其原理是：手指处于不同的弯曲状态对应不同的字符，根据传统键盘的风格，一根手指对应三个字符，对应三种不同的弯曲状态。如左手小指弯曲程度在0-20度时对应字母“q”，弯曲程度在20-60度时时对应字母“a”，弯曲程度在60-90度以上时对应字母“z”，当指尖处于不同弯曲状态时，并轻轻叩击该手指的指尖，在叩击过程中，由于产生了瞬时的应变，电阻随即也会发生瞬时变化，从而产生一个信号峰，通过捕捉信号峰即能完成对应字符的输入。如图2d所示。通过不同手指的组合指令可以改变手指的所对应的字符，如同时叩击大拇指，可完成字母输入到数字输入的切换，即十个指头对应不同数字的输入，或是完成键盘到鼠标的切换。为了消除不同手指在输入过程中的相互干扰，我们采用平滑峰值(smooth thecurves)、限制峰高(minpeakheight)、限制峰的平均距离(minpeakdistance)等算法来消除字符输入过程中的干扰峰。该种方式进行字符的输入非常接近于传统键盘的输入方式，能熟练使用传统键盘的人员也能熟练使用该手套键盘。
信号处理部分的电路的互连导线部分采用液态金属图案化技术制成，相比于其他的材料而已，由液态金属制成的互联导线具有无可匹敌的柔性和拉伸性能，即赋予整个手套键盘以良好的柔性和拉伸性能。在弹性体表面制备好互联线路后，我们将电子元器件以液态铟镓合金为焊料焊接在线路上，组成完整的电路。通过这样的方法，刚性的印刷电路板不会出现在我们的系统中。极大的增强了我们手套键盘的柔性。适当增加互联导线的宽度和厚度可以减少拉伸所带来的电阻的变化。电路采用蓝牙模块与计算机通讯，实现无线的连接。
本发明的基于液态金属图案化技术的应变传感器及其虚拟键盘可以具有但不限于以下有益效果：
1、本发明使用液态金属图案化技术制造该手套，方法简单易行，能够轻易实现量产。
2、本发明的的手套能够穿戴于手上，实时精确地监测手部的动作。
3、本发明的手套进一步能够作为虚拟键盘，可以实现字符的方便快捷的输入，克服了传统键盘体积大，不易携带的难题。
4、本发明的手套采用全柔性的设计，避免了刚性的印刷电路板，有着非常好的柔性和拉伸性能。该手套键盘的输入风格接近于传统QWERTY键盘的输入方式，故相对于现有的手套键盘，易于被广大消费者所接受。
5、本发明的手套能够实时精确地识别手部运动，能够用于动作的捕捉和再现，能够作为动作模拟机器人的传感器。该手套用于虚拟键盘能用于信息和数据的快捷输入，键盘不在受限于体积庞大的键盘，简单便携。除此之外，在电子游戏行业可以用作手柄。
6、本发明的应变传感器能够做成贴片贴在各个关节，用于识别全身的动作，可以用来控制无人机，也可以制造动作模仿机器人。通过减小传感器线宽增加识别灵敏度，该贴片能够进一步贴在面部用于捕捉面部表情。该贴片能被贴在颈部，捕捉声带发声时的震动可以用于识别声音。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了本发明实施例1提供的应变传感器示意图。
图2示出了本发明提供的手套键盘电阻和电流随手部动作的变化而变化的测试图，其中图2a示出了本发明提供的贴上传感器的手套带在手上用于手部动作的识别和文字的输入图及其应变传感器电路放大图，比例尺为2mm；图2b示出了各手指缓慢动作时的电阻变化图；图2c示出了快速循环弯折手指的电阻变化图；图2d示出了各手指弯折角度不同时的电阻变化图；图2e和2f示出了通过该手套键盘在Matlab中依次输入字母HELLO WORLD传感器两端电压随时间变化图和测试结果。
图3示出了本发明提供的敏感度更高的线宽为50微米的应变传感器的电路放大图，比例尺为400微米。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
以下实施例中使用的试剂和仪器如下：
试剂：
正辛醇，PET薄膜，1,4-丁内酯，上海麦克林生化科技有限公司。PDMS预聚体，固化剂，硅胶购自Dow Corning公司。铟镓共熔合金，铟镓锡合金PEIE，手套，购自Sigma Aldrich公司；Smooth-On Ecoflex 0030，购自美国smooth-on公司。
仪器：
超声波细胞破碎仪，购自购自必能信超声公司、型号S-450D。
匀胶机，购自日新基贸易有限公司、型号THINKY MIXER。
高清视频显微镜，购自瑞典optilia公司，型号M30X-E320。
烘箱，购自上海浦东荣丰科学仪器有限公司、型号DHG-9030A。
电磨机，购自京东商城、型号Dremel 3000。
电化学工作站，购自上海辰华有限公司，型号1040C。
Arduino,购自七星虫，型号MEGA 2560。
实施例1
本实施例用于说明本发明的应变传感器的制备方法。
将1g液态铟镓共熔合金(EGaIn Ga 75.5％wt In 24.5％wt)置于1毫升正辛醇溶液中，用超声波细胞破碎仪在30％的幅度下超声60s，得到灰色的液态金属的悬浊液，金属被分散成为平均粒径为1500nm的小颗粒。小颗粒的内核为液态的金属，外部被一层薄薄的氧化膜包裹。为了实现完全转移，选用PET薄膜为原始图案层，且按照PDMS预聚体：固化剂质量比为10:1的比例配置PDMS溶液，并使用匀胶机充分混匀。使用丝网印刷技术在PET薄膜上制得了如图1所示的图形。并用高清视频显微镜测量了线宽，宽度为200微米。将PET薄膜上的图案置于烘箱中80℃烘干30min。将PDMS溶液浇注至PET薄膜上的图案上方，在真空烘箱中常温脱气泡10min，置于甩胶机中以500rpm的转速甩胶60s，得到220微米PDMS的厚度。然后置于80℃烘箱中固化30min。当PDMS固化后，小心将PDMS从原始图案层(PET薄膜)上剥离下来。这样，所需的液态金属图案便转移到PDMS上，且具有了良好的导电能力，其电阻随着应变的增加呈线性变化。由此制成了应变传感器。
我们在传感器有图案的一侧涂上硅胶(Dow Corning 3145 RTV)，然后紧贴在手套上，将手套在80℃烘箱中烘干2h，传感器便能够紧贴于手套上。
实施例2
本实施例用于说明本发明的应变传感器的制备方法。
将2g液态铟镓锡合金(In(22)Ga(68)Sn(10))置于1毫升1,4-丁内酯中，用电磨机以最大转速(第六档，11600rpm)高速旋转剪切液态金属，得到液态金属的悬浊液，金属被分散成为平均粒径为2400nm的小颗粒。小颗粒的内核为液态的金属，外部被一层薄薄的氧化膜包裹。为了实现完全转移，选用玻璃为原始图案层，且按照Smooth-On Ecoflex 0030 A组分和B组分质量比1：1的比例配置弹性体溶液，并使用匀胶机充分混匀。使用丝网印刷技术在玻璃上制得了波浪形的传感器图形。并用高清视频显微镜测量了线宽，宽度为150微米。将玻璃上的图案置于烘箱中80℃烘干30min。将弹性体溶液浇注至玻璃上的图案上方，在真空烘箱中常温脱气泡10min，置于甩胶机中以500rpm的转速甩胶60s，得到200微米Ecoflex的厚度。然后置于温室中固化6小时。当Ecoflex固化后，小心将Ecoflex从原始图案层上剥离下来。这样，所需的液态金属图案便转移到Ecoflex上，且具有了良好的导电能力，其电阻随着应变的增加呈线性变化。由此制成了应变传感器。
实施例3
本实施例用于说明本发明的应变传感器贴片的制备方法。
按照PDMS预聚体：固化剂质量比为10:1的比例配置PDMS溶液，并在每10g的PDMS溶液中加入5，10，15，20微升PEIE(ethoxylated polyethylenimine聚乙氧基乙烯亚胺)溶液，充分混匀后将该溶液浇注在实施例1中干燥后的PET薄膜的图案上。在真空烘箱中常温脱泡10min后，置于80摄氏度烘箱中固化2h。当溶液固化后，小心将掺杂PEIE的PDMS从PET上揭下，所需的液态金属图案便转移到该掺杂PEIE的PDMS上。该掺杂PEIE的PDMS本身具有粘性，能够紧密地贴合在手套和皮肤上。PEIE的含量越高，PDMS自身的粘性越大。且具有了良好的导电能力，其电阻随着应变的增加呈线性变化。由此制成了应变传感器贴片。
实施例4
本实施例用于说明本发明的具有更小线宽的应变传感器的制备方法。
本实施例利用软刻蚀技术在弹性体PDMS表面制备了深度为80微米，宽度分别为50微米的应变传感器形状的微流沟道，然后用刮刀将油墨填入沟道中形成图案，即该PDMS层为原始图案层。将图案置于烘箱中80摄氏度烘干30min。然后使用Smooth-On Ecoflex 0030作为剥离层浇盖在图案上。室温固化6小时后从PDMS上剥离，即可在原始图案层PDMS上形成宽度为50微米的传感器图案。
实施例5
本实施例用于说明本发明的应变传感器的性能。
我们将实施例1中贴上传感器的手套戴在手上用于手部动作的识别和文字的输入，如图2a所示。我们将贴于手指关节的五个传感器分别接在电化学工作站的不同通道上，工作电极接在传感器的一端口，参比电极和对电极接在另一端口。使用amperometric i-tcurve技术在0.001V的初始电压下进行实验。我们慢慢地握拳，然后伸出食指，握拳，伸出食指和中指，握拳，伸出食指中指和无名指，整套动作缓慢完成。如图2b所示，传感器具有出色的重复性和动作分辨率。然后我们快速循环弯折食指，如图2c所示，进一步证明了该传感器的稳定性和重复性能。
实施例6
本实施例用于说明本发明的应变传感器用于字符的输入。
我们将实施例1中贴上传感器的手套带在手上用于手套键盘。我们将戴在十个手指关节处的十个传感器分别连接到Arduino的模拟信号口，使用5V电压对传感器供电。Arduino与电脑相连，使用MATLAB收集传感器两端由于电阻变化造成的电压信号的变化。使用MATLAB对收集的信号进行分析处理，处理包括峰的识别、阶梯(cliff)信号的识别、由于临近手指运动而造成的干扰峰的消除以及对应子母的输出。带上手套后，我们将左手小指处于伸直状态，然后轻轻敲击小指三次，则能输出字母Q三次；然后将小指弯曲50度，再次轻敲小指三次，则能实现字母A输出3次。接着将小指弯曲70度，再次轻敲小指三次，则能实现字母Z输出3次(如图2d所示)。基于此，我们继续用该手套键盘在MATLAB中中依次输入字母HELLO WORLD(如图2e，2f所示)。
实施例7
本实施例用于说明使用本发明方法制备的信号处理电路及全柔性的虚拟键盘。
用实施例1所述的方法在PDMS基底上制备Arduino电路的正反两面，通过定位标记将两面对准并压合在一起，形成双面布线的柔性可拉伸电路板。利用打孔器在通孔位置打孔，并用注射器注射铟镓共熔合金连接正反两面的线路。在焊点处用注射器滴加5微升铟镓共熔合金，然后将Arduino中的电子器件安装在指定的位置，并用焊枪加热焊点，使得铟镓合金与电子器件焊脚上的锡形成铟镓锡合金。电子器件安装完毕后，将实施例1中的传感器接入电路，最后在正反两面用PDMS(预聚体：固化剂质量比10:1)浇注封装。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims (10)

1.一种应变传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
(1)利用低熔点金属与挥发性液体混合超声或高速旋转剪切，制备纳米级或微米级的液态金属颗粒；
(2)使用以上步骤(1)制备的液态金属颗粒，在原始图案层材料上绘制上图案，待液态金属颗粒中的液体全部挥发后，留下液态金属颗粒组成的图案；
(3)在以上步骤(2)得到的图案上浇注上弹性体聚合物溶液，形成剥离层；
(4)待聚合物溶液固化后，将剥离层从原始图案层上剥离，即得所述应变传感器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述液态金属选自以下一种或多种：镓、汞、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锌合金、铋锡铅铟镉组成的低熔点合金；所述挥发性液态溶剂选自以下一种或多种：乙醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇、N-甲基吡咯烷酮、DBE溶剂、二甲基甲酰胺、二丙酮醇、1，3-二甲基－咪唑啉酮、二甲基亚砜、二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙酸酯、乙二醇碳酸酯、丙二醇碳酸酯、1,4-丁内酯、正辛醇；
步骤(2)中所述绘制的方法选自以下一种或多种：漏字板、丝网印刷、喷墨打印、微流沟道填充；
步骤(3)中所述高分子溶液选自：聚二甲基硅氧烷、Smooth-on系列材料、聚氨酯、橡胶、聚酰亚胺、环氧树脂、聚苯乙烯、PET、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物和聚己内酯。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
步骤(3)中PDMS溶液中掺杂0.5～100微升/克的PEIE溶液，优选为0.5～20微升/克，更优选为1～10微升/克，最优选为5微升/克。
4.根据权利要求1至3任一项所述方法制备的应变传感器。
5.根据权利要求4所述的应变传感器，其特征在于，所述应变传感器的形状选自以下一种或多种：蛇纹形、波浪形、弯折形；
优选地，所述应变传感器线宽为1～500微米，匝数为2～100，厚度为5～50微米；
更优选地，所述应变传感器线宽为20～200微米，匝数为20～50，厚度为10～30微米；
最优选地，所述应变传感器线宽为50微米，匝数为30，厚度为15微米。
6.一种信号处理电路，其特征在于，所述电路包括如权利要求4或5所述的应变传感器，由液态金属制成的互联导线和电子元器件；优选地，所述电子元器件以液态铟镓合金为焊料焊接在线路上；更优选地，所述电路采用蓝牙模块与计算机通讯。
7.一种手套键盘，其特征在于，所述手套键盘包括如权利要求4或5所述的应变传感器；
优选地，所述应变传感器在所述手套键盘上的固定方式选自以下一种或多种：直接印刷、胶水粘合、缝合、和/或胶带粘贴。
8.根据权利要求7所述的手套键盘，其特征在于，所述手套键盘通过手指的不同弯曲状态引起所述应变传感器的电阻变化实现字符输入。
9.一种动作识别贴片，其特征在于，所述贴片包括如权利要求4或5所述的应变传感器；优选地，所述贴片中所述应变传感器线宽为1～500微米，优选为20～200微米，更优选为50～150微米，最优选为50微米。
10.一种动作监控装置、声音识别装置，其特征在于，所述装置包括根据权利要求4或5所述的应变传感器；
优选地，所述动作监控装置为游戏手柄或动作模拟机器人。
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