基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件，屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】。該壓阻器件包括兩個基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的壓阻單元：遞增型壓阻單元和遞減型壓阻單元。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料由溶液混合法制備而成。遞增型壓阻單元的導(dǎo)電相含量高于復(fù)合材料臨界含量，其電阻隨壓力的增大而增大；遞減型壓阻單元的導(dǎo)電相含量低于復(fù)合材料臨界含量，其電阻隨壓力的增大而減小。通過設(shè)計遞增型壓阻單元和遞減型壓阻單元的電極面積，使它們在相同壓力下的電阻變化的絕對值相等，以形成差動結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明提出的方法研制的壓阻器件，具有靈敏度高、柔性高和成本低等優(yōu)點，特別適用于工業(yè)設(shè)備狹小曲面層間小壓力測量。
【專利說明】基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到柔軟傳感器制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，很多大型設(shè)備中存在曲面層間結(jié)構(gòu)，層間壓力的測量是確保系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵。但是，由于層間間隙狹小、接觸表面不規(guī)則，故而，給傳統(tǒng)剛性傳感器的安裝帶來了困難。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是一種新型的功能材料，不但具有柔性，而且其電阻在壓力的作用下產(chǎn)生規(guī)律性變化，因此，這種復(fù)合材料可作為柔性壓力傳感器的敏感材料，并應(yīng)用于曲面層間壓力測量。但是，采用這種材料的電阻在小壓力下的變化小，故而，導(dǎo)致基于這種材料的柔性壓力傳感器在測量小壓力時的靈敏度低，限制了其的應(yīng)用。差動結(jié)構(gòu)是提高測量靈敏度的有效方法，傳統(tǒng)方法是將兩個特性相同的應(yīng)變片設(shè)置于不同位置以獲得不同的受力狀態(tài)，進而實現(xiàn)差動結(jié)構(gòu)。但在狹小曲面層間壓力測量的工程應(yīng)用中，由于曲面層間結(jié)構(gòu)的限制，無法利用傳統(tǒng)的方法來實現(xiàn)差動結(jié)構(gòu)以提高靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件的制備方法。利用本發(fā)明提出的方法所制備的基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件，不但提高了靈敏度，而且柔性高、結(jié)構(gòu)簡約、安裝簡便，特別適用于狹小曲面層間的小壓力測量。
[0004]本發(fā)明提出的基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件的制備方法的技術(shù)方案如下:
[0005]在聚酰亞胺薄膜上覆合兩個電極作為底層封裝薄膜，所述的兩個電極分別作為遞增型壓阻單元的下電極和遞減型壓阻單元的下電極，其面積需確保遞增型壓阻單元與遞減型壓阻單元在相同壓力變化下的電阻變化絕對值相等；將底層封裝薄膜固定于旋轉(zhuǎn)平臺上備用；利用溶液混合法將導(dǎo)電粉末與液態(tài)高分子材料按遞增型壓阻特性所對應(yīng)的特征質(zhì)量比相混合，形成具有遞增型壓阻特性的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料膠狀粘稠物，并將其滴入固定于旋轉(zhuǎn)平臺上的底層封裝薄膜的遞增型壓阻單元的下電極之上，利用旋涂形成所需厚度的遞增型壓阻效應(yīng)薄膜，硫化60小時后成型；修剪遞增型壓阻效應(yīng)薄膜，僅保留硫化在遞增型壓阻單元的下電極表面上的部分；利用溶液混合法將導(dǎo)電粉末與液態(tài)高分子材料按遞減型壓阻特性所對應(yīng)的特征質(zhì)量比相混合，形成具有遞減型壓阻特性的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料膠狀粘稠物，并將其滴入固定于旋轉(zhuǎn)平臺上的底層封裝薄膜的遞減型壓阻單元的下電極之上，利用旋涂形成所需厚度的遞減型壓阻效應(yīng)薄膜，硫化60小時后成型；將硫化在遞減型壓阻單元的下電極表面之外的遞減型壓阻效應(yīng)薄膜清除；在聚酰亞胺薄膜上覆合遞增型壓阻單元的上電極和遞減型壓阻單元的上電極作為頂層封裝薄膜，其中，兩個電極的尺寸與底層封裝薄膜的兩個電極尺寸一致；在硫化在底層封裝薄膜上的遞增型壓阻效應(yīng)薄膜和遞減型壓阻效應(yīng)薄膜周圍涂熱固膠，并將頂層封裝薄膜覆蓋其上，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，進而完成基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件的制備。
[0006]本發(fā)明的特點及效果:
[0007]本發(fā)明設(shè)計的基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件包括遞增型壓阻單元和遞減型壓阻單元。遞增型壓阻單元的導(dǎo)電相含量高于復(fù)合材料臨界含量，其電阻隨壓力的增大而增大；遞減型壓阻單元的導(dǎo)電相含量低于復(fù)合材料臨界含量，其電阻隨壓力的增大而減小。通過設(shè)計電極面積使遞增型壓阻單元和遞減型壓阻單元在相同壓力變化下的電阻變化絕對值相等，從而形成了差動結(jié)構(gòu)，進而提高了小壓力下(小于0.1MPa)的測量靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為底層封裝薄膜的俯視圖。
[0009]圖2為差動式柔性壓阻器件的剖面圖。
[0010]圖1和圖2中，I代表底層封裝薄膜的聚酰亞胺薄膜，2代表底層封裝薄膜的遞增型壓阻單元的下電極，3代表底層封裝薄膜的遞增型壓阻單元的下電極的引線，4代表底層封裝薄膜的遞減型壓阻單元的下電極，5代表底層封裝薄膜的遞減型壓阻單元的下電極的引線，6代表遞增型壓阻效應(yīng)薄膜，7代表遞減型壓阻效應(yīng)薄膜，8代表熱固膠，9代表頂層封裝薄膜的聚酰亞胺薄膜，10代表頂層封裝薄膜的遞增型壓阻單元的上電極，11代表頂層封裝薄膜的遞增型壓阻單元的上電極的引線，12代表頂層封裝薄膜的遞減型壓阻單元的上電極，13代表頂層封裝薄膜的遞減型壓阻單元的上電極的引線。
【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合實施例說明本發(fā)明提出的基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件制備方法:
[0012]在聚酰亞胺薄膜I上覆合兩個電極作為底層封裝薄膜，其俯視圖如圖1所示；所述的兩個電極分別作為遞增型壓阻單元的下電極2和遞減型壓阻單元的下電極4，其面積需確保遞增型壓阻單元與遞減型壓阻單元在相同壓力變化下的電阻變化絕對值相等；將底層封裝薄膜固定于旋轉(zhuǎn)平臺上備用；利用溶液混合法將導(dǎo)電粉末與液態(tài)高分子材料按遞增型壓阻特性所對應(yīng)的特征質(zhì)量比相混合，形成具有遞增型壓阻特性的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料膠狀粘稠物，并將其滴入固定于旋轉(zhuǎn)平臺上的底層封裝薄膜的遞增型壓阻單元的下電極2之上，利用旋涂形成所需厚度的遞增型壓阻效應(yīng)薄膜6，硫化60小時后成型；修剪遞增型壓阻效應(yīng)薄膜，僅保留硫化在遞增型壓阻單元的下電極2表面上的部分；利用溶液混合法將導(dǎo)電粉末與液態(tài)高分子材料按遞減型壓阻特性所對應(yīng)的特征質(zhì)量比相混合，形成具有遞減型壓阻特性的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料膠狀粘稠物，并將其滴入固定于旋轉(zhuǎn)平臺上的底層封裝薄膜的遞減型壓阻單元的下電極4之上，利用旋涂形成所需厚度的遞減型壓阻效應(yīng)薄膜7，硫化60小時后成型；將硫化在遞減型壓阻單元的下電極4表面之外的遞減型壓阻效應(yīng)薄膜清除；在聚酰亞胺薄膜上覆合遞增型壓阻單元的上電極10和遞減型壓阻單元的上電極12作為頂層封裝薄膜，其中，兩個電極的尺寸與底層封裝薄膜的兩個電極尺寸一致；在硫化在底層封裝薄膜上的遞增型壓阻效應(yīng)薄膜6和遞減型壓阻效應(yīng)薄膜7周圍涂熱固膠，并將頂層封裝薄膜覆蓋其上，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，進而完成基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件的制備，所述的差動式壓阻器件的剖面圖如圖2所示。
[0013]實施例
[0014]在聚酰亞胺薄膜上覆合遞增型壓阻單元的下電極和遞減型壓阻單元的下電極作為底層封裝薄膜；遞增型壓阻單元的下電極與遞減型壓阻單元的的下電極的面積分別為24平方毫米和8平方毫米；將底層封裝薄膜固定于旋轉(zhuǎn)平臺上備用；利用溶液混合法導(dǎo)電炭黑粉末(比表面積為780平方米/克)與室溫硫化硅橡膠按0.08:1的質(zhì)量比相混合，形成具有遞增型壓阻特性的炭黑填充硅橡膠復(fù)合材料膠狀粘稠物，并將其滴入固定于旋轉(zhuǎn)平臺上的底層封裝薄膜的遞增型壓阻單元的下電極之上，利用旋涂形成厚度為0.08毫米的遞增型壓阻效應(yīng)薄膜，硫化60小時后成型；修剪遞增型壓阻效應(yīng)薄膜，僅保留硫化在遞增型壓阻單元的下電極表面上的部分；利用溶液混合法導(dǎo)電炭黑粉末(比表面積為780平方米/克)與室溫硫化硅橡膠按0.11:1的質(zhì)量比相混合，形成具有遞減型壓阻特性的炭黑填充硅橡膠復(fù)合材料膠狀粘稠物，并將其滴入固定于旋轉(zhuǎn)平臺上的底層封裝薄膜的遞減型壓阻單元的下電極之上，利用旋涂形成厚度為0.08毫米的遞減型壓阻效應(yīng)薄膜，硫化60小時后成型；將硫化在遞減型壓阻單元的下電極表面之外的遞減型壓阻效應(yīng)薄膜清除；在聚酰亞胺薄膜上覆合遞增型壓阻單元的上電極和遞減型壓阻單元的上電極作為頂層封裝薄膜，其中，兩個電極的尺寸與底層封裝薄膜的兩個電極尺寸一致；在硫化在底層封裝薄膜上的遞增型壓阻效應(yīng)薄膜和遞減型壓阻效應(yīng)薄膜周圍涂熱固膠，并將頂層封裝薄膜覆蓋其上，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，進而完成基于炭黑填充硅橡膠復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件的制備。
【權(quán)利要求】
1.一種基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件，其特征在于，該差動式柔性壓阻器件包括兩個基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的壓阻單元:遞增型壓阻單元和遞減型壓阻單J Li ο
2.制備如權(quán)利要求1所述的基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 在聚酰亞胺薄膜上覆合兩個電極作為底層封裝薄膜，所述的兩個電極分別作為遞增型壓阻單元的下電極和遞減型壓阻單元的下電極，其面積需確保遞增型壓阻單元與遞減型壓阻單元在相同壓力變化下的電阻變化絕對值相等；將底層封裝薄膜固定于旋轉(zhuǎn)平臺上備用；利用溶液混合法將導(dǎo)電粉末與液態(tài)高分子材料按遞增型壓阻特性所對應(yīng)的特征質(zhì)量比相混合，形成具有遞增型壓阻特性的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料膠狀粘稠物，并將其滴入固定于旋轉(zhuǎn)平臺上的底層封裝薄膜的遞增型壓阻單元的下電極之上，利用旋涂形成所需厚度的遞增型壓阻效應(yīng)薄膜，硫化60小時后成型；修剪遞增型壓阻效應(yīng)薄膜，僅保留硫化在遞增型壓阻單元的下電極表面上的部分；利用溶液混合法將導(dǎo)電粉末與液態(tài)高分子材料按遞減型壓阻特性所對應(yīng)的特征質(zhì)量比相混合，形成具有遞減型壓阻特性的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料膠狀粘稠物，并將其滴入固定于旋轉(zhuǎn)平臺上的底層封裝薄膜的遞減型壓阻單元的下電極之上，利用旋涂形成所需厚度的遞減型壓阻效應(yīng)薄膜，硫化60小時后成型；將硫化在遞減型壓阻單元的下電極表面之外的遞減型壓阻效應(yīng)薄膜清除；在聚酰亞胺薄膜上覆合遞增型壓阻單元的上電極和遞減型壓阻單元的上電極作為頂層封裝薄膜，其中，兩個電極的尺寸與底層封裝薄膜的兩個電極尺寸一致；在硫化在底層封裝薄膜上的遞增型壓阻效應(yīng)薄膜和遞減型壓阻效應(yīng)薄膜周圍涂熱固膠，并將頂層封裝薄膜覆蓋其上，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，進而完成基于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的差動式柔性壓阻器件的制備。
【文檔編號】G01L1/18GK103808437SQ201410082885
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】王璐珩 申請人:東北大學