CN113514996B - 电致变色可视化压力传感器及其构建方法 - Google Patents

电致变色可视化压力传感器及其构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电致变色压力可视化传感器，包括依次连接的压力传感器部分、导电电极矩阵和电致变色显色窗口；所述压力传感器部分由银纳米线和聚二甲基硅氧烷弹性体复合而成；所述导电电极矩阵包括依次设置的粘附层和导电层；所述电致变色显色窗口包括导电纳米线层和电致变色材料层；本发明提供的压力可视化器件可精确量化压力大小且制备工艺简单，易于进行大规模量产。

Description

电致变色可视化压力传感器及其构建方法
技术领域
本发明涉及纳米传感技术领域，尤其涉及一种电致变色可视化压力传感器及其构建方法。
背景技术
近年来，压力传感器作为电子皮肤的重要组成部分，被人们广泛研究，其主要的应用领域包括健康检测、人工智能技术、交互控制系统和人工智能等。而大部分的压力传感器往往需要电脑或额外的信号处理系统。因此，研究人员尝试研究一类新的可视化压力传感器。
目前关于压力可视化传感器，常见以下报道：
《先进材料》(Adv.Mater.2017年29卷1701253页)报道了基于氧化锌纳米线阵列压电效应使其作为压力传感器部分，氧化钨薄膜电致变色阵列作为显色窗口，每一个电致变色矩阵连接与氧化锌纳米线顶端金电极相连。基于氧化锌纳米线阵列的压电效应，外部的压力分布将会直接导致电致变色窗口的变色。同时，因为氧化钨材料本性的记忆效应，该器件还对压力具有一定的记忆效果。但该压力传感器很难量化压力，只能进行简单的压力分布显示。
《自然-通讯》(Nature Communications.2019年10卷4187页)报道了一种利用液态镓铟合金和柔性高分子材料聚二甲基硅氧烷构建的可视化触觉传感器。液态合金在通电条件下所产生的焦耳热可以传导给柔性高分子材料内部的热致变色材料，而由于液态合金和柔性高分子本身的性质，该电路可以随着应变和压力产生几何形变，通过电路的设计可以改变输出信号变化，即颜色变化。该可视化传感器尽管可以通过测量其电阻来确定施加力的大小，但这与可视化目的不符；而仅通过观察和测量变色又很难准确确定压力大小，传感器本身可调性不大，难以针对各种不同的需求进行合理改进和调整。因此，构建一种可精准量化压力大小的可视化压力传感器是十分必要的。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种可精准量化压力大小的可视化压力传感器。
有鉴于此，本申请提供了一种电致变色压力可视化传感器，包括依次连接的压力传感器部分、导电电极矩阵和电致变色显色窗口；
所述压力传感器部分由银纳米线和聚二甲基硅氧烷弹性体复合而成；
所述导电电极矩阵包括依次设置的粘附层和导电层；
所述电致变色显色窗口包括导电纳米线层和电致变色材料层；
所述压力传感器部分、导电电极矩阵和电致变色显色窗口设置于基底表面，且所述粘附层与基底接触，所述导电纳米线层与所述基底接触。
优选的，所述压力传感器部分中，所述聚二甲基硅氧烷弹性体由聚二甲基硅氧烷和固化剂固化得到，所述聚二甲基硅氧烷和所述固化剂的质量比为(10～25)：1，所述银纳米线的直径为20～60nm，长度为5～20μm。
优选的，所述粘附层为铬或钛，厚度为1～10nm；所述导电层的材料选自金、银、铜或铁；所述导电层的厚度为10～150nm。
优选的，所述电致变色材料层中的电致变色材料选自氧化钨纳米线、氧化钒纳米线、氧化镍纳米球、氧化钛纳米线和聚苯胺中的一种或多种；所述导电纳米线层中的导电纳米线为银纳米线，所述银纳米线的直径为20～60nm，长度为5～20μm。
本申请还提供了一种电致变色压力可视化传感器的构建方法，包括以下步骤：
在模具表面喷涂银纳米线分散液，将未固化的聚二甲基硅氧烷混合液注入模具中，将得到的模具进行热固化，脱模后得到聚二甲基硅氧烷弹性体；
将所述聚二甲基硅氧烷弹性体连接在基底上；
构建硬质掩模板，利用所述硬质掩模板在基底上构建导电电极矩阵；
在所述导电电极矩阵的导线前端依次放置导电纳米线层和电致变色层，然后将凝胶电解质注入，密封，得到电致变色压力可视化传感器。
优选的，得到聚二甲基硅氧烷弹性体的步骤具体为：
将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合，得到聚二甲基硅氧烷混合液；
将银纳米线、醇溶剂和水混合，得到银纳米线分散液；
设计不同半径的聚四氟乙烯模具，在模具表面喷涂银纳米线分散液，在所述模具表面得到银纳米线薄膜，将聚二甲基硅氧烷混合液注入得到的模具内，热固化，得到聚二甲基硅氧烷弹性体。
优选的，所述银纳米线分散液中的银纳米线的浓度为5～30mg/ml，所述聚四氟乙烯模具的曲率半径为5～26mm，所述喷涂的喷枪的孔径为0.1～0.5μm，所述喷涂的喷枪与模具的距离为5～20μm；所述热固化的温度为50～100℃，时间为0.5～5h。
优选的，所述凝胶电解质由锂盐、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯组成，所述锂盐的浓度为0.1～2mol/L，所述聚甲基丙烯酸甲酯为所述聚碳酸酯的5～30wt％。
优选的，所述聚二甲基硅氧烷弹性体通过未固化的聚二甲基硅氧烷混合液连接在基底上。
优选的，所述未固化的聚二甲基硅氧烷混合液中聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比为(1～10)：1。
本申请提供了一种电致变色压力可视化传感器，包括依次连接的压力传感器部分、导电电极矩阵和电致变色显色窗口；所述压力传感器部分由银纳米线和聚二甲基硅氧烷弹性体复合而成；所述导电电极矩阵包括依次设置的粘附层和导电层；所述电致变色显色窗口包括导电纳米线层和电致变色材料层；本申请通过预先测量的弹性体形变量所构建的导电电极矩阵，可以保证量化压力的准确性，克服了传统压力传感器可能存在信号不一致等缺点，从而可以得到真实可靠的压力数值；此外，本传感器真正实现了压力可视化的目的，利用电致变色窗口颜色变化作为输出信号，使得信息的读取具有简便性，从而省去了传统压力传感器所需要的信号后处理过程，极大的降低了器件的成本，使得器件大规模生产便于实现。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的银纳米线透射电子显微镜表征图；
图2为本发明实施例1提供的氧化钨纳米线透射电子显微镜图；
图3为本发明实施例1提供的银纳米线扫描电子显微镜表征图；
图4为本发明实施例1提供的氧化钨纳米线扫描电子显微镜表征图；
图5为本发明实施例1提供的不同压力下弹性体与基底的接触长度(所使用的弹性体的固化剂比例为10:1)；
图6为本发明实施例1提供的循环压缩5000次导电弹性体电阻变化；
图7为本发明实施例1提供的测试压力为0N、1N、10N、15N、25N的变色窗口变化的光学照片；
图8为本发明实施例1提供的测试压力装置和器件实物的光学照片；
图9为本发明实施例1提供的可视化器件变色150次测试循环稳定测试图；
图10为本发明实施例2制备的不同质量聚二甲基硅氧烷所得导电弹性高分子的应力应变曲线；
图11为本发明实施例2制备的不同质量聚二甲基硅氧烷所得导电弹性高分子在不同压力作用下接触长度的变化量；
图12为本发明实施例3制备的电致变色可视化压力传感器(R＝14.5mm；PDMS质量为15g)通过电致变色窗口显色指示压力大小；
图13为本发明实施例3制备的电致变色可视化压力传感器(R＝12.5mm；PDMS质量为10g)指示压力响应时间；
图14为本发明实施例3制备的电致变色可视化压力传感器(R＝14.5mm；PDMS质量为15g)接触长度随压力变化的光学照片；
图15为本发明实施例3制备的电致变色可视化压力传感器(R＝14.5mm；PDMS质量为15g)指示100g砝码(≈1N)变色光学照片；
图16为本发明电致变色可视化压力传感器的结构示意图；
图17为本发明制备电致变色可视化压力传感器的流程示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于现有技术中压力传感器不能兼具量化压力和可视化的问题，本申请提供了一种电致变色压力可视化传感器，其可精准量化压力大小且构建简单。具体的，本申请提供的电致变色压力传感器的结构示意图如图16所示，本发明实施例公开了一种电致变色压力可视化传感器，包括依次连接的压力传感器部分、导电电极矩阵和电致变色显色窗口；
所述压力传感器部分由银纳米线和聚二甲基硅氧烷弹性体复合而成；
所述导电电极矩阵包括依次设置的粘附层和导电层；
所述电致变色显色窗口包括导电纳米线层和电致变色材料层；
所述压力传感器部分、导电电极矩阵和电致变色显色窗口设置于基底表面，且所述粘附层与基底接触，所述导电纳米线层与所述基底接触。
在本申请提供的电致变色可视化压力传感器中，所述聚二甲基硅氧烷弹性体优选为圆拱形，其表面的导电层为银纳米线薄膜。所述银纳米线的直径为20～60nm，更优选为40～60nm，具体可为40nm、45nm、50nm、55nm或60nm；所述银纳米线的长度优选为5～20μm，更优选为10～20μm，具体可为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm。
所述导电电极矩阵包括依次设置的粘附层和导电层，其中粘附层具体为铬或钛，所述导电层的材料选自金、银、铝、锌、铜、铁、镍、钴或铂；所述导电层厚度为10nm～150nm，再优选为30nm～120nm，更优选为40nm～60nm；所述导电层与所述粘附层厚度比为1～20，优选为5～10，具体可为5:1、8:1、10:1。
对于本申请的电致变色显色窗口，其为两层纳米线构成的薄膜，具体为导电纳米线层和电致变色材料层；所述电致变色材料层中的电致变色材料选自氧化钨纳米线、氧化钒纳米线、氧化镍纳米球、氧化钛纳米线和聚苯胺中的一种或多种；所述导电纳米线层中的导电纳米线为银纳米线，所述银纳米线的直径为20～60nm，长度为5～20μm。
在本申请中，所述基底材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚氯乙烯，其厚度为0.1～1mm。
本申请还提供了一种电致变色压力可视化传感器的构建方法，包括以下步骤：
在模具表面喷涂银纳米线分散液，将未固化的聚二甲基硅氧烷混合液注入模具中，将得到的模具进行热固化，脱模后得到聚二甲基硅氧烷弹性体；
将所述聚二甲基硅氧烷弹性体连接在基底上；
构建硬质掩模板，利用所述硬质掩模板在基底上构建导电电极矩阵；在所述导电电极矩阵的导线前端依次放置导电纳米线层和电致变色层，然后将凝胶电解质注入，密封，得到电致变色压力可视化传感器。
在电致变色压力可视化传感器构建的过程中，首先制备了压力传感器部分，其由银纳米线和聚二甲基硅氧烷弹性体复合而成，银纳米线均匀的覆盖在聚二甲基硅氧烷弹性体表面，形成一层柔性导电纳米线薄膜。此过程具体为：
将聚二甲基硅氧烷及固化剂以一定比例混合，得到不同模量的未固化的聚二甲基硅氧烷混合液；
将银纳米线、醇溶剂和水混合，得到银纳米线分散液；
通过设计得到具有不同半径的聚四氟乙烯模具，在模具表面喷涂银纳米线分散液，得到一层均匀分散在模具表面的银纳米线薄膜，将上述未固化的聚二甲基硅氧烷混合液灌入模具；
将所述浇灌后的模具在一定温度下进行热固化，得到固化后的聚二甲基硅氧烷弹性体。
在上述制备过程中，聚二甲基硅氧烷与固化剂混合质量比例为5～30，更优选为10～20，具体可为10:1、15:1、20:1；聚二甲基硅氧烷与固化剂混合固化温度优选为70～100℃，更优选为80～95℃，具体可为80℃、90℃、95℃。所述银纳米分散液中所采用的纳米线溶剂可为水、乙醇、异丙醇等中的一种或多种，优选为水；银纳米分散液中银纳米线的浓度为5～30mg/ml；更优选为5～10mg/ml，具体可为5mg/ml、8mg/ml、10mg/ml；所述构成聚二甲基硅氧烷弹性体的模具为聚四氟乙烯模具，所述聚四氟乙烯模具的曲率半径为5～26mm，具体为5mm、10mm、15mm、20mm、26mm；
喷涂所用的喷枪的孔径为0.1～0.5μm；更优选为0.1～0.5μm，具体可为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm；喷涂时喷枪与模具之间的距离为1～30cm，更优选为5～20cm，具体可为5cm、10cm、15cm、20cm；在本发明中，对所述压力传感部分中聚二甲基硅氧烷、固化剂和银纳米线和氧化钨纳米线的质量比没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行调整和选择，为提高导电性；在本发明中，所述压力传感器部分中的银纳米线薄膜的厚度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行调整和选择，所述厚度为≥银纳米线的直径，优选为≥100nm，更优选为≥150nm，最优选为≥200nm。
所述热固化温度为60℃～100℃，加热时间为0.5～5h；所得固化后的聚二甲基硅氧烷为圆拱形，且聚二甲基硅氧烷表面导电层为银纳米线薄膜。
按照本发明，然后构建导电电极矩阵，具体为：利用激光刻蚀加工系统构建一定参数的硬质掩模板，将所构建的硬质掩模板固定于基底上，利用上述掩模板结合磁控溅射和电子束蒸发技术，在基底B上构建出一定参数的导电电极矩阵，即先在基底B上蒸镀一层粘附层，再磁控溅射一层导电层；利用激光加工手段构建出硬质掩模板，掩模板上存在有设计好的沟槽；之后将掩模板固定在上述基底之上，利用磁控溅射和电子束蒸发手段依次在基底上构建出粘附层和导电层，并在基底最前端构建电致变色窗口所需对电极；撤去硬质掩模板以备下次构建传感器使用。所述硬质掩模板的材料为所述基底A所选材料为铝、钛、钼和硅等中的一种，优选为硅，厚度为0.1～1mm，优选为0.2～0.5mm，具体可为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm；所述导电电极矩阵材料所选金、银、铜和铁等导电金属，粘附层所选钛、铬等，导电层与粘附层厚度比为1～20。所述基底B材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚氯乙烯；薄膜厚度为0.1mm～1mm，再优选为0.1mm～0.3mm。
在本申请中，将聚二甲基硅氧烷弹性体利用未固化的聚二甲基硅氧烷混合液连接在基底B上。所述未固化的聚二甲基硅氧烷混合液热固化温度为60℃～100℃，加热时间为0.5～5小时；未固化的聚二甲基硅氧烷混合液中聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比为(1～10)：1。
本申请最后在所述导电电极矩阵的导线前端依次放置导电纳米线层和电致变色层，然后将凝胶电解质注入，密封，得到电致变色压力可视化传感器。
本发明采用喷涂纳米线分散液与加热方法制备电致变色柔性变色窗口，简化了制备步骤，降低了制备成本。以电致变色层和导电纳米线层为工作电极，以金属层电极为对电极，以锂盐与质子酸的凝胶作为电解质，再通过外接电路即可得到压力可视化变色指示窗口。凝胶电解质上设有对电极；所述对电极由金属薄膜所得；所述对电极设置位置与常规电致变色器件设置不同，通常电致变色器件结构为三明治结构，为了方便后续器件功能性组装，选择对电极与电致变色层和导电层处于同一平面，即基底；所述对电极的金属层电极利用磁控溅射或电子束蒸发技术在薄膜上溅射一层金属层；所述薄膜材料优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚氯乙烯；所述薄膜厚度为0.1mm～1mm，再优选为0.1mm～0.3mm；所述金属层为金、银、铝、锌、铜、铁、镍、钴或铂金属层；所述金属层厚度为10nm～150nm，再优选为30nm～120nm，更优选为40nm～60nm。优选的，封装采用防水双面粘胶。所述凝胶电解质层由锂盐和质子酸溶液形成；所述锂盐的凝胶电解质优选包括锂盐、聚碳酸酯与聚甲基丙烯酸甲酯；所述锂盐优选为高氯酸锂和/或氯化锂；所述凝胶电解质中锂盐浓度优选为0.1～2mol/L，更优选为0.5～1.2mol/L，再优选为0.8～1.01.2mol/L；所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量优选为聚碳酸酯的5～30％，更优选为8～15％，再优选为10～13％。
本发明以表面附着银纳米线导电薄膜的聚二甲基硅氧烷为传感器部分，利用未固化的聚二甲基硅氧烷和固化剂混合液作为“胶水”，使得导电弹性高分子能够牢固与基底相连。
本发明提供了一种电致变色压力可视化传感器的设计和构建方法，为后续的应用提供基础；具体制备方法如图17所示，其包括：通过灌模和喷涂的方式得到柔性导电高分子复合导电弹体；利用磁控溅射硬模板法构建导电电极矩阵，具体包含导电金属层和金属粘附层；将制备得到的银纳米线柔性透明导电电极加热，喷涂电致变色材料的分散液，得到复合有电致变色层的银纳米线柔性透明导电电极；将所述复合有电致变色层的银纳米线柔性透明导电电极与对电极薄膜进行粘贴组合，然后将凝胶电解质灌入复合有电致变色层的银纳米线柔性透明导电电极与对电极薄膜之间，密封，得到电致变色窗口。
本发明通过预先测量的弹性体形变量所构建的导电电极矩阵，可以保证量化压力的准确性，克服了传统压力传感器可能存在信号不一致等缺点，从而可以得到真实可靠的压力数值；此外，本传感器真正实现了压力可视化的目的，利用电致变色窗口颜色变化作为输出信号，使得信息的读取具有简便性，即通过裸眼即可读出输出信息，从而省去了传统压力传感器所需要的信号后处理过程，这也极大的降低了器件可能的成本，使得器件大规模生产便于实现。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的电致变色可视化压力传感器进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例1
按照文献(Nano Letters，2015年，15卷，6722～6726页)报道的合成方法制备银纳米线，并分散在乙醇溶液中，浓度为20mg/mL，利用扫描电子显微镜对得到的银纳米线柔性透明导电电极进行分析，得到其扫描电镜照片，如图1所示；采用孔径为0.3微米的喷枪，控制喷枪的喷口与PC基底之间的距离为10cm，将5mL上述溶液均匀的喷涂在面积为8*2cm2的聚四氟乙烯模具上；喷涂完毕后，将聚四氟乙烯模具转移到120℃烘箱内加热10min，即可得到一层表面均匀的银纳米线薄膜；在试管中加入10g聚二甲基硅氧烷和1g配套固化剂，用玻璃棒搅拌均匀，冷藏除去气泡后导入模具中，利用刮刀刮去表面多余聚二甲基硅氧烷混合液，使其表面平整，刮涂完毕后，放入70℃烘箱内加热固化30min，脱模即可得到导电性良好的弹性聚二甲基硅氧烷；对所述导电性良好的弹性聚二甲基硅氧烷弹性弹性体进行表征，得到其循环压缩后导电弹性体电阻变化，如图6所示；由图6循环压缩测试结果显示柔性导电弹性体在经过5000次后，电阻依然维持在100Ω左右，表明柔性导电弹性体具有优异的耐摩擦性和循环稳定性；
利用激光刻蚀技术在厚度为0.3mm的硅片上刻蚀出确定间距且宽度为0.05mm的狭缝，即可获得订制硬质掩模板；利用磁控溅射技术，选择铜作为溅射靶材，选择0.1mm聚氯乙烯薄膜作为基底，将上述掩模板固定于聚氯乙烯薄膜上后，先蒸镀一层10nm的钛薄层作为导电层，再溅射一层厚度为50nm的铜薄层作为导电矩阵；除去硬质掩模板后，利用未固化的聚二甲基硅氧烷将上述导电性良好的弹性聚二甲基硅氧烷与基底连接上后，放入70℃烘箱内加热固化30min，即可使弹性导电高分子牢牢固定于基底上；对所述弹性聚二甲基硅氧烷(所使用的弹性体的固化剂比例为10:1)进行不同压力下弹性体与基底的接触长度的表征，如图5所示；
基于上述电极矩阵，确定电致变色窗口构建位置，即以铜导电电极端口处作为构建位置；采用孔径为0.3微米的喷枪，控制喷枪的喷口与PC基底之间的距离为10cm，将1mL(浓度为0.5mg/mL)银纳米线分散液均匀的喷涂柔性透明PC基底上；喷涂结束后，将柔性基底转移到70℃烘箱内加热5min，即可得到均匀的银纳米线导电薄膜；按照文献(AngewandteChemie International Edition，2012年，51卷，2395～2399页)报道的合成方法制备氧化钨纳米线，并分散到乙醇溶液中，浓度为0.5mol/L，利用透射电子显微镜对得到的氧化钨电致变色纳米线进行分析，得到其透射电镜照片，如图4所示；采用孔径为0.3微米的喷枪，控制喷枪的喷口与PC基底之间的距离为10cm，在上述银纳米线导电层上均匀喷涂0.1mL浓度为0.5mol/L的氧化钨纳米线乙醇溶液，制备出电致变色薄膜；
将电致变色薄膜和对电极薄膜粘贴，然后灌入凝胶电解质，最后密封得到电致变色压力可视化传感器件。
对所得电致变色压力可视化传感器进行压力测试，如图7所示，通过观察电致变色窗口，可以很容易的精确得出压力大小。图8为发明提供的测试压力装置和器件实物的光学照片。对所述电致变色压力可视化传感器进行循环稳定性测试，如图9所示，器件在经过150次压力测试后，依然能够稳定变色，说明器件具有优良的循环稳定性及稳定的输出信号。
实施例2
改变实施例1中聚二甲基硅氧烷的质量为15g、20g得到不同弹性模量的PDMS导电弹性高分子。因其弹性模量不同，所以在相同压力作用下，PDMS与基底的接触长度也不同。
根据接触长度不同结果对电极矩阵进行相应调整，从而得到满足不同压力范围需求的压力可视化器件。图10为本实施例制备的不同质量聚二甲基硅氧烷所得导电弹性高分子的应力应变曲线；图11为本实施例制备的不同质量聚二甲基硅氧烷所得导电弹性高分子在不同压力作用下接触长度的变化量。
实施例3
改变实施例1中聚四氟乙烯模具曲率半径为10mm、14.5mm、18.2mm、26mm，通过灌注过程可得到不同曲率半径的PDMS导电弹性高分子。因其曲率半径不同，所以在相同压力作用下，PDMS与基底的接触长度也不同。
根据接触长度不同结果对电极矩阵进行相应调整，从而得到满足不同压力范围需求的压力可视化器件。图12为本实施例制备的电致变色可视化压力传感器(R＝14.5mm；PDMS质量为15g)通过电致变色窗口显色指示压力大小；图13为本实施例制备的电致变色可视化压力传感器(R＝12.5mm；PDMS质量为10g)指示压力响应时间；图14为本实施例制备的电致变色可视化压力传感器(R＝14.5mm；PDMS质量为15g)接触长度随压力变化的光学照片；图15为本实施例制备的电致变色可视化压力传感器(R＝14.5mm；PDMS质量为15g)指示100g砝码(≈1N)变色光学照片。根据上述可知，本申请提供的电致变色窗口可精准的量化压力大小，且灵敏度高。
不同曲率半径的聚二甲基硅氧烷所得导电弹性高分子在不同压力下接触长度变化改变量；
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电致变色压力可视化传感器，包括依次连接的压力传感器部分、导电电极矩阵和电致变色显色窗口；
所述压力传感器部分由银纳米线和聚二甲基硅氧烷弹性体复合而成；
所述导电电极矩阵包括依次设置的粘附层和导电层；
所述电致变色显色窗口包括导电纳米线层和电致变色材料层；
所述压力传感器部分、导电电极矩阵和电致变色显色窗口设置于基底表面，且所述粘附层与基底接触，所述导电纳米线层与所述基底接触；
聚二甲基硅氧烷弹性体为圆拱形。
2.根据权利要求1所述的压力可视化传感器，其特征在于，所述压力传感器部分中，所述聚二甲基硅氧烷弹性体由聚二甲基硅氧烷和固化剂固化得到，所述聚二甲基硅氧烷和所述固化剂的质量比为(10～25)：1，所述银纳米线的直径为20～60nm，长度为5～20μm。
3.根据权利要求1所述的压力可视化传感器，其特征在于，所述粘附层为铬或钛，厚度为1～10nm；所述导电层的材料选自金、银、铜或铁；所述导电层的厚度为10～150nm。
4.根据权利要求1所述的压力可视化传感器，其特征在于，所述电致变色材料层中的电致变色材料选自氧化钨纳米线、氧化钒纳米线、氧化镍纳米球、氧化钛纳米线和聚苯胺中的一种或多种；所述导电纳米线层中的导电纳米线为银纳米线，所述银纳米线的直径为20～60nm，长度为5～20μm。
5.一种电致变色压力可视化传感器的构建方法，包括以下步骤：
在模具表面喷涂银纳米线分散液，将未固化的聚二甲基硅氧烷混合液注入模具中，将得到的模具进行热固化，脱模后得到聚二甲基硅氧烷弹性体；
将所述聚二甲基硅氧烷弹性体连接在基底上；
构建硬质掩模板，利用所述硬质掩模板在基底上构建导电电极矩阵；
在所述导电电极矩阵的导线前端依次放置导电纳米线层和电致变色层，然后将凝胶电解质注入，密封，得到电致变色压力可视化传感器；
聚二甲基硅氧烷弹性体为圆拱形。
6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，得到聚二甲基硅氧烷弹性体的步骤具体为：
将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合，得到聚二甲基硅氧烷混合液；
将银纳米线、醇溶剂和水混合，得到银纳米线分散液；
设计不同半径的聚四氟乙烯模具，在模具表面喷涂银纳米线分散液，在所述模具表面得到银纳米线薄膜，将聚二甲基硅氧烷混合液注入得到的模具内，热固化，得到聚二甲基硅氧烷弹性体。
7.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，所述银纳米线分散液中的银纳米线的浓度为5～30mg/ml，所述聚四氟乙烯模具的曲率半径为5～26mm，所述喷涂的喷枪的孔径为0.1～0.5μm，所述喷涂的喷枪与模具的距离为5～20μm；所述热固化的温度为50～100℃，时间为0.5～5h。
8.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，所述凝胶电解质由锂盐、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯组成，所述锂盐的浓度为0.1～2mol/L，所述聚甲基丙烯酸甲酯为所述聚碳酸酯的5～30wt％。
9.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷弹性体通过未固化的聚二甲基硅氧烷混合液连接在基底上。
10.根据权利要求9所述的构建方法，其特征在于，所述未固化的聚二甲基硅氧烷混合液中聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比为(1～10)：1。
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