CN110065267A - 可形变材料、形变结构、Micro-LED显示装置、应变传感器 - Google Patents

可形变材料、形变结构、Micro-LED显示装置、应变传感器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种可形变材料、形变结构、Micro‑LED显示装置、应变传感器,涉及柔性技术领域,可解决形变结构变形时,形变前的形状和变形后的形状不相同的问题。该可变形材料包括多层片状结构,每层所述片状结构包括多个醛缩酶,所述醛缩酶的形状为正方形,每个所述醛缩酶四个角上的氨基酸残基分别通过四个二硫键与其周围的四个所述醛缩酶的氨基酸残基连接在一起;位于相邻所述片状结构中的所述醛缩酶的氨基酸残基通过二硫键连接在一起。

Description

可形变材料、形变结构、Micro-LED显示装置、应变传感器
技术领域
本发明涉及柔性技术领域,尤其涉及一种可形变材料、形变结构、Micro-LED显示装置、应变传感器。
背景技术
目前,很多产品中都要使用到形变结构,例如柔性显示装置或应变传感器等。
以柔性显示装置中的Micro-LED显示装置为例,Micro-LED显示装置的主要结构包括电路基板和设置在电路基板上的多个Micro-LED颗粒。电路基板包括柔性衬底和设置在柔性衬底上的驱动电路层,驱动电路层用于驱动Micro-LED颗粒发光。其中,柔性衬底为形变结构。
发明内容
本发明的实施例提供一种可形变材料、形变结构、Micro-LED显示装置、应变传感器,可解决形变结构变形时,形变前的形状和变形后的形状不相同的问题。
为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案:
第一方面,提供一种可形变材料,包括多层片状结构,每层所述片状结构包括多个醛缩酶,所述醛缩酶的形状为正方形,每个所述醛缩酶四个角上的氨基酸残基分别通过四个二硫键与其周围的四个所述醛缩酶的氨基酸残基连接在一起;位于相邻所述片状结构中的所述醛缩酶的氨基酸残基通过二硫键连接在一起。
第二方面,提供一种形变结构,包括第一形变层,所述第一形变层的材料包括上述的可形变材料。
在一些实施例中,所述第一形变层包括多个伸缩结构,所述伸缩结构为沙漏状,相邻所述伸缩结构的相邻边重叠。
在一些实施例中,所述形变结构还包括第二形变层,所述第一形变层与所述第二形变层叠层设置;所述第二形变层的材料包括可磁化微粒。
在一些实施例中,所述可磁化微粒包括钕铁硼合金微粒、铝镍钴合金微粒、铁铬钴合金微粒、钐钴合金微粒、铁氧体微粒、钐铁氮微粒、铝铁碳微粒中的一种或多种。
在一些实施例中,所述第二形变层的材料还包括有机硅树脂、含硅催化剂、交联剂以及纳米级的二氧化硅颗粒。
第三方面,提供一种Micro-LED显示装置,包括电路基板以及设置在所述电路基板上的多个Micro-LED颗粒;所述电路基板包括柔性衬底以及设置在所述柔性衬底上的驱动电路层;所述柔性衬底包括上述的形变结构;或者,所述柔性衬底包括第三形变层,所述第三形变层的材料包括可磁化微粒或二维Ag2S。
在一些实施例中,在所述柔性衬底包括所述第三形变层,所述第三形变层的材料包括可磁化微粒的情况下,所述可磁化微粒包括钕铁硼合金微粒、铝镍钴合金微粒、铁铬钴合金微粒、钐钴合金微粒、铁氧体微粒、钐铁氮微粒、铝铁碳微粒中的一种或多种。
在一些实施例中,所述第三形变层的材料还包括有机硅树脂、含硅催化剂、交联剂以及纳米级的二氧化硅颗粒。
第四方面,提供一种应变传感器,所述应变传感器包括应变传感元件,所述应变传感元件用于在受力时发生形变;其中,所述应变传感元件包括上述的形变结构;或者,所述应变传感元件包括第三形变层,所述第三形变层的材料包括可磁化微粒或二维Ag2S。
在一些实施例中,在所述应变传感元件包括第三形变层,所述第三形变层的材料包括可磁化微粒的情况下,所述可磁化微粒包括钕铁硼合金微粒、铝镍钴合金微粒、铁铬钴合金微粒、钐钴合金微粒、铁氧体微粒、钐铁氮微粒、铝铁碳微粒中的一种或多种。
在一些实施例中,所述第三形变层的材料还包括有机硅树脂、含硅催化剂、交联剂以及纳米级的二氧化硅颗粒。
本发明实施例提供一种可形变材料、形变结构、Micro-LED显示装置、应变传感器,由于可形变材料包括多层片状结构,在平行或近似平行于片状结构的方向上拉伸可变形材料时,由于每个片状结构拉伸后的形状与拉伸前的形状相同,因而可形变材料拉伸后的形状与拉伸前的形状相同。在平行或近似平行于片状结构的方向上压缩可变形材料时,由于每层片状结构压缩后的形状与压缩前的形状相同,因而可形变材料压缩后的形状与压缩前的形状相同。即,在平行或近似平行于片状结构的方向上,无论是拉伸还是压缩可形变材料,可形变材料变在平行于片状结构的平面的任意方向上都是等比例变形的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为本发明实施例提供的一种可形变材料的结构示意图;
图1b为本发明实施例提供的一种片状结构的结构示意图;
图1c为本发明实施例提供的一种可形变材料中多个片状结构连接的结构示意图一;
图1d为本发明实施例提供的一种可形变材料中多个片状结构连接的结构示意图二;
图2为图1b所示的片状结构拉伸后的结构示意图;
图3为图1b所示的片状结构压缩后的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的一种多个醛缩酶的模型图;
图5为本发明实施例提供的一种形变结构的结构示意图一;
图6a为对相关技术中的形变结构进行横向拉伸的示意图;
图6b为对图6a所示的形变结构进行横向拉伸后的示意图;
图7a为对相关技术中的形变结构进行横向压缩的示意图;
图7b为对相关技术中的形变结构进行横向压缩后的示意图;
图8为本发明实施例提供的一种形变结构的结构示意图二;
图9为本发明实施例提供的一种形变结构的结构示意图三;
图10a为本发明实施例提供的一种细条的结构示意图;
图10b为对图10a所示的细条施加磁场后细条的结构示意图;
图11为本发明实施例提供的一种打印装置的结构示意图;
图12为本发明实施例提供的一种剪切速率与表观黏度的关系图;
图13为本发明实施例提供的一种剪切应力与杨氏模量的关系图;
图14为本发明实施例提供的一种应力与名义应力的关系图;
图15为本发明实施例提供的一种可磁化微粒的体积分数与磁化强度的关系图一;
图16为本发明实施例提供的一种外加磁场强度与磁化强度的关系图;
图17a为本发明实施例提供的一种喷嘴直径与磁化强度的关系图;
图17b为本发明实施例提供的一种可磁化微粒的体积分数与磁化强度的关系图二;
图18为本发明实施例提供的一种Micro-LED显示装置的结构示意图;
图19为本发明实施例提供的一种Ag2S在xy、yz、xz方向上的晶体结构示意图;
图20为本发明实施例提供的一种Ag2S的局部晶体结构示意图;
图21a为对相关技术中的Micro-LED显示装置进行横向拉伸的示意图;
图21b为对图21a所示的Micro-LED显示装置进行横向拉伸后的示意图;
图22a为对相关技术中的Micro-LED显示装置进行横向压缩的示意图;
图22b为对图22a所示的Micro-LED显示装置进行横向压缩后的示意图。
附图标记:
01-Micro-LED显示装置;1-电路基板;2-Micro-LED颗粒;10-形变结构;101-醛缩酶;102-二硫键;103-片状结构;11-柔性衬底;12-驱动电路层;20-第一形变层;201-伸缩结构;30-第二形变层;301-细条;100-打印装置;200-喷嘴;300-细丝;400-磁屏蔽装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种可形变材料,如图1a所示,包括多层片状结构103,如图1b所示,每层片状结构103包括多个醛缩酶101,醛缩酶101的形状为正方形,每个醛缩酶101四个角上的氨基酸残基分别通过四个二硫键102与其周围的四个醛缩酶101的氨基酸残基连接在一起。如图1c和图1d所示,位于相邻片状结构103中的醛缩酶101的氨基酸残基通过二硫键102连接在一起。
附图1a以可形变材料包括四层片状结构103为例进行示意,附图1c和图1d以可形变材料包括三层片状结构103为例进行示意。应当理解到,可形变材料包括但不限于四层片状结构103或三层片状结构103。
如图1b所示,在二维平面内,每个醛缩酶101四个角上的氨基酸残基分别通过四个二硫键102与其周围的四个醛缩酶101的氨基酸残基连接在一起,这样一来,二硫键102便可以将多个正方形的醛缩酶101连接在一起,形成2维的片状结构103,如图1a所示,多个2维的片状结构103叠层在一起构成可形变材料。
由于位于相邻片状结构103中的醛缩酶101的氨基酸残基通过二硫键102连接在一起,因而二硫键102可以将多个片状结构103连接在一起。此处,可以是相邻片状结构103通过一个二硫键102连接,该一个二硫键102分别与相邻片状结构103中的醛缩酶101的氨基酸残基连接;也可以是相邻片状结构103通过多个二硫键102连接,每个二硫键102分别与相邻片状结构103中的醛缩酶101的氨基酸残基连接。在相邻片状结构103通过多个二硫键102连接的情况下,对于位于相邻片状结构103中的相邻两个醛缩酶101,可以是该相邻两个醛缩酶101的氨基酸残基通过一个二硫键102连接;也可以是如图1d所示,该相邻两个醛缩酶101的氨基酸残基通过两个或三个二硫键102连接;当然还可以是如图1c所示,该相邻两个醛缩酶101的氨基酸残基通过四个二硫键102连接。
本领域技术人员应该明白,二硫键102与醛缩酶101的氨基酸残基连接,若一醛缩酶101的一个角与相邻的一个醛缩酶101连接,则该角有一个氨基酸残基;若一醛缩酶101的一个角与相邻的两个醛缩酶101连接,则该角有两个氨基酸残基;若一醛缩酶101的一个角与相邻的三个醛缩酶101连接,则该角有三个氨基酸残基。
示例的,如图1c所示,针对一个醛缩酶101,每个角上有三个氨基酸残基。其中,如图1c所示,一个氨基酸残基通过二硫键102和位于同一片状结构103中,且与其相邻的醛缩酶101的氨基酸残基连接在一起。一个氨基酸残基通过二硫键与其上方的相邻的醛缩酶101的氨基酸残基连接在一起。一个氨基酸残基通过二硫键与其下方的相邻的醛缩酶101的氨基酸残基连接在一起。即,醛缩酶101的每个角通过三个二硫键102分别和与其位于同一片状结构103中的醛缩酶、在其上方的醛缩酶、在其下方的醛缩酶连接。示例的,如图1c所示,对于醛缩酶的一个角p,通过二硫键a和与该醛缩酶位于同一片状结构103,且相邻的醛缩酶连接,通过二硫键b和在其上方的相邻醛缩酶连接,通过二硫键c和在其下方的相邻醛缩酶连接。
此处,对于采取何种方法制备可形变材料不进行限定。在一些实施例中,通过对正方形的醛缩酶101的氨基酸残基进行化学修饰作用,在四个角上引入半胱氨酸。之后,利用氧化剂(Oxidation)对半胱胺酸进行氧化,将半胱氨酸通过氧化作用氧化形成二硫键102,如图1b所示,二硫键102将多个正方形的醛缩酶101连接在一起。其中,二硫键是比较稳定的共价键。
对于同一片状结构103,二硫键102将多个正方形的醛缩酶101连接在一起。由于二硫键102的存在,使原本在同一二硫键102或不同二硫键102上杂乱排列的氨基酸残基,向一起靠拢,变得更加有序,因此在整个片状结构103发生变形时,二硫键可以迅速折叠或拉伸,形成稳定的空间结构。
可形变材料包括多个层叠的2维的片状结构103,以下详细说明其中一个片状结构103发生形变时,片状结构103的微观变化,其它片状结构103发生形变时,片状结构103的微观变化与该片状结构103发生形变时,片状结构103的微观变化相同。
附图1b示意出在不发生形变时,即片状结构103在不受力时,片状结构103的微观结构。附图2示意出片状结构103在拉伸状态下,片状结构103的微观结构。附图3示意出片状结构103在压缩状态下,片状结构103的微观结构。
参考图2,在拉伸片状结构103时,醛缩酶101发生旋转,相邻醛缩酶101之间的孔隙就会打开,由于醛缩酶101是正方形,因此片状结构103在其二维平面的任意方向上以同一比例增加,因而片状结构103拉伸后的形状与拉伸前的形状相同。在片状结构103为矩形的情况下,片状结构103拉伸后的横纵比例与拉伸前的横纵比例相同。参考图3,在压缩片状结构103时,醛缩酶101发生旋转,相邻醛缩酶101之间的孔隙就会关闭,由于醛缩酶101是正方形,因此片状结构103在其二维平面的任意方向上以同一比例减小,因而片状结构103压缩后的形状与压缩前的形状相同。基于上述,无论是拉伸还是压缩,片状结构103在二维平面的任意方向上都是等比例变形的。即,无论是拉伸还是压缩,片状结构103变形前的形状和变形后的形状都相同。
此处,对于任一片状结构103,由于多个醛缩酶101通过二硫键102连接在一起,因而醛缩酶101在发生旋转时,片状结构103不会发生紊乱。
本领域技术人员应该明白,当材料的泊松比为负数例如-1时,材料在二维平面的任意方向上都发生等比例变形,即,变形前的形状与变形后的形状相同。以下利用矩阵实验对动态醛缩酶晶体重建的二维TEM(Transmission electron microscope,透射电子显微镜)图像进行数字图像处理,评估片状结构103的泊松比。图4中用圆圈表示正方形的醛缩酶101。如图4所示,逐渐压缩片状结构103得到构象状态Ⅰ、构象状态II、构象状态Ⅲ、构象状态Ⅳ、构象状态Ⅴ、构象状态Ⅵ以及构象状态Ⅶ。从图4可以看到,从构象状态Ⅰ到构象状态Ⅶ,醛缩酶101的大小不变,醛缩酶晶格孔101a逐渐减小。图4中的等效体积元(RepresentativeVolume Element,简称RVE)A具有一个矩形截面,其顶点对应醛缩酶晶格孔101a的质心,使用锁贝尔边缘检测方法确定晶格孔的边界。之后,对边界上的每个像素(即等效体积元)取x、y坐标的均值进行质心计算。在选择等效体积元之后,通过定义每个正方形的醛缩酶的边界,来测量每个图像上的醛缩酶切块的大小。由于醛缩酶构造块的方形形状可以假定为在每个构象状态下保持刚性,它确定图像的尺度略有不同,因此以构象状态I对应的图像为参考,计算适当的放大因子。之后,计算等效体积元的顶点在每个构象状态上的位置。从参考的RVE(构象状态I)和变形构型(构象状态II-VII),对于每个RVE,局部的拉伸值ex和ey,可以由向量M,N和n,m计算出来。构象状态Ⅰ、构象状态II、构象状态Ⅲ、构象状态Ⅳ、构象状态Ⅴ、构象状态Ⅵ以及构象状态Ⅶ的拉伸值ex和ey的计算结果,如下表1所示。
表1
State ex(nm) ey(nm) 泊松比
4.4 4.4 -1
4.2 4.2 -1
3.9 3.895 -0.999
3.5 3.5 -1
2.9 2.904 -1.001
1.8 1.802 -1.001
1 1.001 -1.001
根据泊松比的计算公式对构象状态Ⅰ、构象状态II、构象状态Ⅲ、构象状态Ⅳ、构象状态Ⅴ、构象状态Ⅵ以及构象状态Ⅶ的泊松比进行计算,计算结果如表1所示。从表1可以看出,构象状态Ⅰ、构象状态II、构象状态Ⅲ、构象状态Ⅳ、构象状态Ⅴ、构象状态Ⅵ以及构象状态Ⅶ的泊松比为-1或约等于-1。通过上述计算可知,片状结构103的泊松比为负数,因此片状结构103在二维平面的任意方向上都发生等比例变形,即,变形前的形状与变形后的形状相同。
基于上述,由于可形变材料包括多层片状结构103,在平行或近似平行于片状结构103的方向上拉伸可变形材料时,由于每层片状结构103拉伸后的形状与拉伸前的形状相同,因而可形变材料拉伸后的形状与拉伸前的形状相同。在平行或近似平行于片状结构103的方向上压缩可变形材料时,由于每个片状结构103压缩后的形状与压缩前的形状相同,因而可形变材料压缩后的形状与压缩前的形状相同。即,在平行或近似平行于片状结构103的方向上,无论是拉伸还是压缩可形变材料,可变形材料在平行于片状结构103的平面的任意方向上都是等比例变形的。
本发明实施例提供一种形变结构10,如图5所示,形变结构10包括第一形变层20,第一形变层20的材料包括上述的可形变材料。
此处,对于第一形变层20的厚度不进行限定,可以根据需要进行相应的设置。
此外,第一形变层20的厚度方向与可形变材料中多层片状结构103的层叠方向相同。
相关技术中的形变结构10在发生变形时,形变结构10垂直于其厚度的表面的横纵比例会发生变化。如图6a所示,如果在横向对形变结构10进行拉伸,如图6b所示,纵向就会被压缩。参考图6a和图6b,沿横向拉伸后,形变结构10的横向尺寸由x增加到x+Δx,纵向尺寸由y减小到与y'。如图7a所示,如果在横向对形变结构10进行压缩,如图7b所示,纵向就会被拉伸。参考图7a和图7b,沿横向压缩后,形变结构10的横向尺寸由x减小到x',纵向尺寸由y增加到y+Δy。同样的,如果在纵向对形变结构10进行拉伸,则横向就会被压缩。如果在纵向对形变结构10进行压缩,则横向就会被拉伸。
本发明实施例提供一种形变结构10,形变结构10包括第一形变层20,第一形变层20的材料包括上述的可形变材料,由于可形变材料变形前的形状和变形后的形状相同,因此第一形变层20发生变形时,第一形变层20中垂直于第一形变层20厚度的表面变形前的形状和变形后的形状相同,即,第一形变层20中垂直于第一形变层20厚度的表面在任意方向上发生等比例变形,因而形变结构10垂直于第一形变层20厚度的表面变形前的形状和变形后的形状相同,即形变结构10垂直于第一形变层20厚度的表面在任意方向上发生等比例变形。
示例的,若第一形变层20为矩形,则第一形变层20中垂直于第一形变层20厚度的表面变形前的横纵比例和变形后的横纵比例相同。
可选的,如图8所示,第一形变层20包括多个伸缩结构201,伸缩结构201为沙漏状,相邻伸缩结构201的相邻边重叠。
参考图8,由于伸缩结构201为沙漏状,因而每个伸缩结构201包括相对的上边201a和下边201b,还包括左上侧边201c、右上侧边201d、左下侧边201e和右下侧边201f。
本发明实施例,由于第一形变层20包括多个伸缩结构201,伸缩结构201为沙漏状,相邻伸缩结构201的相邻边重叠,因而有利于第一形变层20发生变形。
可选的,如图9所示,形变结构10还包括第二形变层30,第一形变层20与第二形变层30叠层设置;第二形变层30的材料包括可磁化微粒。
在一些实施例中,可以利用层压法将第一形变层20和第二形变层30结合在一起。
此处,对于第二形变层30的形状不进行限定,可以根据需要设计成任意形状。
对于可磁化微粒的尺寸不进行限定,在一些实施例中,可磁化微粒的尺寸为3~6μm。示例的,可磁化微粒的尺寸为5μm。
其中,对于可磁化微粒的类型不进行限定,示例的,可磁化微粒包括钕铁硼(NdFeB)合金微粒、铝镍钴(AlNiCo)合金微粒、铁铬钴(FeCrCo)合金微粒、钐钴(SmCo)合金微粒、铁氧体微粒、钐铁氮微粒、铝铁碳微粒中的一种或多种。
在对第二形变层30施加外界磁场时,由于第二形变层30包括可磁化微粒,而可磁化微粒可以在磁场的作用下产生扭矩,进而产生应力,因而第二形变层30在外界磁场的作用下会发生变形。若控制磁场使第二形变层30在平行于第二形变层30的平面内发生变形,则第二形变层30垂直于第二形变层30厚度的表面变形前的形状与变形后的形状相同,即,第二形变层30垂直于第二形变层30厚度的表面在任意方向上是等比例变形的。
本领域技术人员应该明白,当施加外界磁场时,第二形变层30会发生变形,去除外界磁场后,第二形变层30恢复原始形状。以下通过实验进行验证,如图10a所示,先利用印刷法制作直线状的细条301,在印刷期间切换施加的磁场方向,所述直线状的细条301的材料包括可磁化微粒。当施加200mT的均匀磁场B后,如图10b所示,直线状的细条301在0.1s内转变为“m”形。在0.2s内移除施加的磁场后,细条301迅速恢复到原始形状。从该实验结果可知,施加外界磁场时,第二形变层30会发生变形,去除外界磁场后,第二形变层30会恢复原始形状。
本发明实施例中,由于第二形变层30与第一形变层20叠层设置,因此第二形变层30在外界磁场的作用下发生增大或缩小的变形的同时,可以驱动第一形变层20发生增大或缩小的变形。这样一来,无需人与第一变形层20接触,就可以使第一形变层20变形,因此避免了人为拉伸或压缩第一形变层20造成受力不均,导致的第一形变层20损坏。此外,可以远程控制第二形变层30变形,进而控制第一形变层20变形。
在此基础上,第二形变层30的材料还包括有机硅树脂、含硅催化剂、交联剂以及纳米级的二氧化硅颗粒。
其中,纳米级的二氧化硅颗粒的作用是用作流变剂,以诱导第二形变层30的材料写入所需的机械性能,例如剪切率和剪切应力。对于纳米级的二氧化硅颗粒的尺寸不进行限定,在一些实施例中,二氧化硅颗粒的尺寸范围为10~30nm。示例的,二氧化硅颗粒的尺寸为30nm。
此处,有机硅树脂例如可以为硅橡胶基质。
此外,含硅催化剂例如可以为硅酮胶催化剂。含硅催化剂的作用是使第二形变层30的材料具有好的保持性,不拉丝,立面不下垂,调节第二形变层30的材料的粘度,控制气泡的产生。
基于上述,对于如何形成第二形变层30不进行限定,在一些实施例中,可以利用3D打印的方法形成第二形变层30。
在一些实施例中,在施加磁场的情况下,利用3D打印的方法形成第二形变层30。在施加磁场的情况下,制作第二形变层30时有利于提高第二形变层30的表观黏度、杨氏模量、剪切模量等性能,从而有利于制作出性能更好的第二形变层30。以下通过实验进行验证。
如图11所示,利用打印装置100在施加磁场和不施加磁场的情况下,分别打印宽度为12毫米,长度为35毫米的第二形变层。此处,如图11所示,可以利用永久磁铁施加磁场,磁场围绕喷嘴200(附图11中的虚线表示磁场),磁场强度可以为50mT,喷嘴200为直径为840μm的锥形喷嘴。固化后,将片状的第二形变层切成标准尺寸(宽度为4毫米,长度为17毫米)的试样进行拉伸实验。此外,也可以利用打印装置100在施加磁场和不施加磁场的情况下,分别打印标准尺寸(宽度为4毫米,长度为17毫米)的试样进行拉伸实验。其中,第二形变层20中可磁化微粒的体积分数为20%。再利用打印装置100打印对比件,对比件的尺寸为上述的标准尺寸,对比件的材料包括第二形变层的材料中除可磁化微粒以外的其它材料。
使用旋转流变仪测试上述两种试样以及对比件的机械特性。
参考图12,横坐标表示剪切速率(Shear rate),纵坐标表示表观黏度(Apparentviscosity),图12中曲线E为在施加磁场时形成的试样的剪切速率与表观黏度的关系图;曲线F为在不施加磁场时形成的试样的剪切速率与表观黏度的关系图;曲线G表示对比件的剪切速率与表观黏度的关系图。从图12可以看出,在施加磁场的情况下,打印的试样具有更大的表观粘度。
参考图13,横坐标表示剪切应力(Shear stress),纵坐标表示杨氏模量(storagemodulus),也称存储模量,图13中曲线H为在施加磁场时形成的试样的剪切应力与杨氏模量的关系图;曲线I为在不施加磁场时形成的试样的剪切应力与杨氏模量的关系图;曲线J表示对比件的剪切应力与杨氏模量的关系图。从图13可以看出,在施加磁场的情况下,打印的试样具有更高的杨氏模量。
参考图14,横坐标表示应力(Stretch),纵坐标表示名义应力(Nominal stress),直线的斜率表示剪切模量。图14中曲线A为在施加磁场时形成的试样的应力与名义应力的关系图,曲线a为通过将实验曲线A拟合到neo-Hookean模型中得到的应力与名义应力的关系图,根据该关系图可以获得在施加磁场时形成的试样的剪切模量μ。曲线B为在不施加磁场时形成的试样的应力与名义应力的关系图,曲线b为通过将实验曲线B拟合到neo-Hookean模型中得到的应力与名义应力的关系图,根据该关系图可以获得在不施加磁场时形成的试样的剪切模量μ。曲线C为对比件的应力与名义应力的关系图,曲线c为通过将实验曲线C拟合到neo-Hookean模型中得到的应力与名义应力的关系图,根据该关系图可以获得对比件的剪切模量μ。从图14可以看出,在施加磁场的情况下,打印的试样具有更高的剪切模量。这是因为打印过程中施加磁场时,可磁化微粒沿细丝300的场诱导取向,因而在施加磁场的情况下,打印的试样具有更高的剪切模量。
基于上述可知,在施加磁场的情况下,打印第二形变层30有利于提高第二形变层30的表观黏度、杨氏模量、剪切模量等性能,从而有利于制作出更优质的第二形变层30,确保第二形变层30的性能较好。这样一来,第二形变层30发生变形时,可以提高第二形变层30的形变响应时间。
在印刷过程中,磁场通过放置在喷头周围的永磁体或电磁线圈沿第二形变层30的材料的流动方向施加(或反向施加)。施加的磁场使被磁化的可磁化微粒沿磁场方向重新定位,沉积第二形变层30的材料的磁极性可以通过改变应用方向或改变印刷方向来调整。利用这种方法,三维结构可以被编码成复杂的铁磁域模式,这取决于排列成三维结构的细丝的磁极性。为了避免由喷嘴处的外加磁场对印刷结构的编程区域产生干扰,如图11所示,可以使用磁屏蔽装置400来衰减喷嘴尖端下的磁通密度以及喷嘴应力的存在,有利于编程的铁磁畴保持不受取向粒子热随机化的影响。当印刷过程完成时,印刷结构在120℃下固化1小时,在此期间未固化的第二形变层30的材料中屈服应力的存在,可以保持程控区的铁磁畴粒子按照打印的形态排列,不会受到温度的影响。
在此基础上,在印刷第二形变层30时,可磁化微粒的含量、外加磁场强度和喷嘴200直径等都会对第二形变层30的磁化强度造成影响。而第二形变层30的磁化强度越大,则说明第二形变层30磁化后单位密度的磁矩越大。磁矩反映第二形变层30被磁化的能力,磁矩越大,第二形变层30越容易被磁化,第二形变层30变形越容易。
以下通过实验验证可磁化微粒的含量、外加磁场强度以及喷嘴200直径对第二形变层30的磁化强度的影响。
示例的,如图15所示,在喷嘴200尖端施加的外加磁场强度为500mT的情况下,用直径为410μm的喷嘴200打印含有不同体积分数可磁化微粒的第二形变层30的材料。参考图15,可磁化微粒的体积分数与磁化强度近似呈线性变化,当可磁化微粒的体积分数从5%增加到20%,第二形变层30的磁化强度从16kA·m-1增加到81kA·m-1
在可磁化微粒的体积分数为20%,喷嘴200的直径为410μm的情况下,将喷嘴200尖端的外加磁场强度从20mT增加到50mT,测试形成的第二形变层30的磁化强度。从图16可以看出,外加磁场强度从20mT增加到50mT,第二形变层30的磁场强度从68kA m-1增加到81kAm-1
此外,当使用非常细的喷嘴(例如直径为50μm或100μm)时,由于模具膨胀效应,纤维直径(即细丝300直径)大于喷嘴200直径,外部施加的磁场很小。如图17a所示,在没有外部磁场的情况下,磁化强度仅为5kA/m,这是因为可磁化微粒是随机取向的。在可磁化微粒的体积分数为20%,外加磁场强度B为50mT的情况下,测试形成的第二形变层30的磁化强度与喷嘴200直径的关系曲线。如图17a所示,在喷嘴200直径小于600μm时,喷嘴200直径增加,磁化强度增加;在喷嘴200直径大于600μm,小于850μm时,喷嘴200直径增加,磁化强度减小;在喷嘴200直径大于850μm时,喷嘴200直径增加,磁化强度增加。当喷嘴直径大于200μm时,纤维直径和喷嘴直径之间的比值减小,几乎达到1。
基于上述,在制作第二形变层30时,可以通过调整可磁化微粒的含量、外加磁场强度和喷嘴200直径等来使得形成的第二形变层30的磁化强度尽可能高,以确保在磁场的作用下,第二形变层30更容易发生变形。
在此基础上,可以先将未磁化的可磁化微粒例如钕铁硼微粒、纳米级的二氧化硅微粒、未固化的有机硅树脂、含硅催化剂以及交联剂等混合,之后,在脉冲场(约2.7T)下磁化至饱和,制备第二形变层30的材料。第二形变层30的材料中屈服应力的存在有助于防止分散的可磁化微粒聚集。
如图17b所示,1表示在没有外加磁场的情况下打印多个第二形变层30,多个第二形变层30中可磁化微粒的体积分数不相同,然后在脉冲场(约2.7T)下对它们进行磁化。2表示在外加磁场为50mT(喷嘴200的磁通密度为50mT)的情况下打印多个第二形变层30,多个第二形变层30中可磁化微粒的体积分数不相同。测试上述多个第二形变层30的磁化强度,测试结果如图17b所示。通过图17b可知,在磁化微粒的体积分数相同的情况下,2的磁化强度为1的磁化强度的约63%~64%。根据磁化率公式,磁化率=磁化强度/磁场强度,因此在施加50mT外加磁场下的印刷的样品磁化率较高。磁化率高,则说明材料被磁化的能力强,因此相对于在不施加磁场的情况下,形成第二形变层30,之后对第二形变层30进行磁化,在施加外加磁场的情况下,形成的第二形变层30的磁化率更高。
本发明实施例提供一种Micro-LED显示装置01,如图18所示,Micro-LED显示装置01包括电路基板1和设置在电路基板1上的多个Micro-LED颗粒2。电路基板1包括柔性衬底11以及设置在柔性衬底11上的驱动电路层12,驱动电路层12用于驱动Micro-LED颗粒2发光。
其中,柔性衬底11为上述的形变结构10;或者,柔性衬底11包括第三形变层,第三形变层的材料包括可磁化微粒或二维Ag2S。
此处,在柔性衬底11包括第三形变层,第三形变层的材料包括可磁化微粒的情况下,参考上述第二形变层20可知,第三形变层在外界磁场的作用下会发生变形,若控制磁场使第三形变层在平行于第三形变层的平面内发生变形,则第三形变层中垂直于第三形变层厚度的表面变形前的形状与变形后的形状相同,即,第三形变层中垂直于第三形变层厚度的表面在任意方向上是等比例变形的。
Ag2S的晶体结构如图19和图20所示,图19中a为Ag2S在xy方向上的晶体结构,图19中b为Ag2S在yz方向上的晶体结构,图19中c为Ag2S在xz方向上的晶体结构。图20为Ag2S的晶体结构的局部晶体结构。图20在xy方向上中的晶体结构为图19中a的S部分(虚线框围成的区域)所示。Ag2S的晶体结构可以看作是一种分层结构,其中Z字形层通过Ag-S键连接。Ag2S根据块状结构中的锯齿形层构造。Ag2S的晶胞含有两个S原子和四个Ag原子,其特征是正交晶格,晶格常数a和b分别为6.53和该结构可以被认为是由两种Z字形Ag-S原子链组成的网,一种是沿x方向具有大的带扣,而另一种是沿y方向具有小的带扣。Ag-S-Ag沿x方向的角度α为85.57°,沿y方向的角度β为148.55°。
在柔性衬底11包括第三形变层,第三形变层的材料包括二维Ag2S的情况下,由于二维Ag2S为具有特殊的锯齿形扣合结构,因而在平行于第三形变层的平面内,拉伸或压缩第三形变层时,第三形变层中垂直于第三形变层厚度的表面变形前的形状与变形后的形状相同,即,第三形变层中垂直于第三形变层厚度的表面在任意方向上是等比例变形的。
相关技术中的柔性衬底11在发生变形时,柔性衬底11中垂直于其厚度的表面的横纵比例会发生变化。如图21a所示,如果在横向对柔性衬底11进行拉伸,如图21b所示,柔性衬底11纵向就会被压缩,这样一来,Micro-LED显示装置显示的画面横向就会被拉伸,纵向就会被压缩。如图22a所示。如果在横向对柔性衬底11进行压缩,如图22b所示,柔性衬底11纵向就会被拉伸,这样一来,Micro-LED显示装置显示的画面横向就会被压缩,纵向就会被拉伸。同样的,如果在纵向对柔性衬底11进行拉伸,柔性衬底11横向就会被压缩,这样一来,Micro-LED显示装置显示的画面纵向就会被拉伸,横向就会被压缩。如果在纵向对柔性衬底11进行压缩,柔性衬底11横向就会被拉伸,这样一来,Micro-LED显示装置显示的画面纵向就会被压缩,横向就会被拉伸。由于相关技术中的柔性衬底11在发生变形时,柔性衬底11中垂直于其厚度的表面的横纵比例会发生变化,从而导致Micro-LED显示装置显示的画面比例会发生变化,从而影响显示装置显示画面的质量。
本发明实施例提供一种Micro-LED显示装置01,Micro-LED显示装置01中的柔性衬底11为上述的形变结构10;或者,柔性衬底11包括第三形变层,第三形变层的材料包括可磁化微粒或二维Ag2S,由于形变结构10和第三形变层在发生变形时,变形前的形状和变形后的形状相同,因而柔性衬底11在受力时,柔性衬底11中垂直于柔性衬底11厚度的表面变形前的形状和变形后的形状相同,即柔性衬底11中垂直于柔性衬底11厚度的表面在任意方向上都是等比例变形的(示例的,若柔性衬底11中垂直于柔性衬底11厚度的表面为矩形,则柔性衬底11中垂直于柔性衬底11厚度的表面变形前的横纵比例和变形后的横纵比例相同)。这样一来,Micro-LED显示装置01在发生形变时,Micro-LED显示装置01显示画面的比例不会发生变化,因而不会影响显示。在此基础上,由于柔性衬底11可以收缩,因而Micro-LED显示装置01可以收缩,从而便于Micro-LED显示装置01的收纳和存放。
目前,在可穿戴、机器人、电子皮肤等领域要求应变传感器能够探测到细微的应变。应变传感器中的应变传感元件能够探测到的应变越小,应变传感器的灵敏度越高。在可拉伸的应变传感器中,拉伸分离了活性材料有助于灵敏度,而压缩则将活性材料挤压在一起,因而会限制灵敏度的提高。由于现有的应变传感元件沿着纵向拉伸时,横向就会压缩,因此现有的应变传感器的灵敏度很难提高。
本发明的实施例还提供一种应变传感器,应变传感器包括应变传感元件,应变传感元件用于在受力时发生形变;其中,应变传感元件包括上述的形变结构10;或者,应变传感元件包括第三形变层,第三形变层的材料包括可磁化微粒或二维Ag2S。
此处,应变传感元件包括弹性元件。
在第三形变层的材料包括可磁化微粒或二维Ag2S的情况下,第三形变层在发生变形时,第三形变层垂直于厚度的表面变形前的形状和变形后的形状相同,上述实施例已经进行了详细的说明,此处不再赘述。
本发明实施例提供一种应变传感器,应变传感器包括应变传感元件,应变传感元件包括上述的形变结构;或者,应变传感元件包括第三形变层,第三形变层的材料包括可磁化微粒或二维Ag2S。由于形变结构10和第三形变层在发生变形时,变形前的形状和变形后的形状相同,因而应变传感元件在受力时,应变传感元件变形前的形状和变形后的形状相同,即应变传感元件发生等比例形变,这样一来,应变传感元件在纵向拉伸时,横向也会拉伸;在纵向压缩时,横向也会压缩,从而提高了应变传感器的灵敏度。
对于Micro-LED显示装置01或应变传感器,在第三形变层的材料包括可磁化微粒的情况下,可磁化微粒包括钕铁硼合金微粒、铝镍钴合金微粒、铁铬钴合金微粒、钐钴合金微粒、铁氧体微粒、钐铁氮微粒、铝铁碳微粒中的一种或多种。
可选的,在第三形变层的材料包括可磁化微粒的情况下,第三形变层的材料还包括有机硅树脂、含硅催化剂、交联剂以及纳米级的二氧化硅颗粒。
本发明实施例,在第三形变层的材料包括可磁化微粒的情况下,第三形变层的材料与上述第二形变层的材料相同,由于上述实施例已经对第二形变层的材料以及第二形变层的制作过程进行了详细的说明,因此在第三形变层的材料包括可磁化微粒的情况下,第三形变层可以参考上述的第二形变层,此处不再赘述。
需要说明的是,上述的形变结构10以及第三形变层除了可以应用到Micro-LED显示装置01中作为柔性衬底11以及应用到应变传感器中作为应变传感元件外,还可以应用到其它领域。例如用于防护衣、防护设备、防护帽、防弹背心、护腿、护膝或护套等。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种可形变材料,其特征在于,包括多层片状结构,每层所述片状结构包括多个醛缩酶,所述醛缩酶的形状为正方形,每个所述醛缩酶四个角上的氨基酸残基分别通过四个二硫键与其周围的四个所述醛缩酶的氨基酸残基连接在一起;
位于相邻所述片状结构中的所述醛缩酶的氨基酸残基通过二硫键连接在一起。
2.一种形变结构,其特征在于,包括第一形变层,所述第一形变层的材料包括如权利要求1所述的可形变材料。
3.根据权利要求2所述的形变结构,其特征在于,所述第一形变层包括多个伸缩结构,所述伸缩结构为沙漏状,相邻所述伸缩结构的相邻边重叠。
4.根据权利要求2或3所述的形变结构,其特征在于,所述形变结构还包括第二形变层,所述第一形变层与所述第二形变层叠层设置;
所述第二形变层的材料包括可磁化微粒。
5.根据权利要求4所述的形变结构,其特征在于,所述可磁化微粒包括钕铁硼合金微粒、铝镍钴合金微粒、铁铬钴合金微粒、钐钴合金微粒、铁氧体微粒、钐铁氮微粒、铝铁碳微粒中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的形变结构,其特征在于,所述第二形变层的材料还包括有机硅树脂、含硅催化剂、交联剂以及纳米级的二氧化硅颗粒。
7.一种Micro-LED显示装置,包括电路基板以及设置在所述电路基板上的多个Micro-LED颗粒;其特征在于,所述电路基板包括柔性衬底以及设置在所述柔性衬底上的驱动电路层;
所述柔性衬底包括如权利要求2-6任一项所述的形变结构;或者,所述柔性衬底包括第三形变层,所述第三形变层的材料包括可磁化微粒或二维Ag2S。
8.根据权利要求7所述的Micro-LED显示装置,其特征在于,在所述柔性衬底包括所述第三形变层,所述第三形变层的材料包括可磁化微粒的情况下,
所述可磁化微粒包括钕铁硼合金微粒、铝镍钴合金微粒、铁铬钴合金微粒、钐钴合金微粒、铁氧体微粒、钐铁氮微粒、铝铁碳微粒中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的Micro-LED显示装置,其特征在于,所述第三形变层的材料还包括有机硅树脂、含硅催化剂、交联剂以及纳米级的二氧化硅颗粒。
10.一种应变传感器,其特征在于,所述应变传感器包括应变传感元件,所述应变传感元件用于在受力时发生形变;
其中,所述应变传感元件包括如权利要求2-6任一项所述的形变结构;或者,所述应变传感元件包括第三形变层,所述第三形变层的材料包括可磁化微粒或二维Ag2S。
11.根据权利要求10所述的应变传感器,其特征在于,在所述应变传感元件包括第三形变层,所述第三形变层的材料包括可磁化微粒的情况下,
所述可磁化微粒包括钕铁硼合金微粒、铝镍钴合金微粒、铁铬钴合金微粒、钐钴合金微粒、铁氧体微粒、钐铁氮微粒、铝铁碳微粒中的一种或多种。
12.根据权利要求11所述的应变传感器,其特征在于,所述第三形变层的材料还包括有机硅树脂、含硅催化剂、交联剂以及纳米级的二氧化硅颗粒。
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