一种各向异性柔性应变传感器及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115824031A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211604661.6D01F8/16(2006.01)(22)申请日2022.12.13D06M11/74(2006.01)D06M101/38(2006.01)(71)申请人陕西科技大学D06M101/30(2006.01)地址710021陕西省西安市未央区大学园(72)发明人鲍艳雷鹏朱孝锋张文博刘超祝茜(74)专利代理机构北京中巡通大知识产权代理有限公司11703专利代理师李晓晓(51)Int.Cl.G01B7/16(2006.01)D04H1/728(2012.01)D01D5/00(2006.01)D01D5/34(2006.01)D04H1/541(2012.01)权利要求书2页说明书8页附图7页(54)发明名称一种各向异性柔性应变传感器及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种各向异性柔性应变传感器及其制备方法和应用，属于柔性应变传感器技术领域。所述各向异性柔性应变传感器包括正交堆叠的矩形导电纤维膜，所述矩形导电纤维膜由若干具有定向交替分段结构的纤维膜基体组成，当各向异性柔性应变传感器受不同方向的面内应变时，可通过导电网络经历不同的变化，从而产生不同的电阻变化，以实现应变方向的识别，其次，当当传感器受面内应变时，可通过纤维表面的应变重新分配，从而减缓部分纤维膜基体表面的导电材料的裂纹的扩展，以实现应变范围的提高。CN115824031ACN115824031A权利要求书1/2页1.一种各向异性柔性应变传感器，其特征在于，包括正交堆叠的矩形导电纤维膜、导电胶(3)和铜线(4)；所述矩形导电纤维膜的两端涂覆导电胶(3)并引出铜线(4)；所述矩形导电纤维膜由若干纤维膜基体(1)组成，所述纤维膜基体(1)的外表面包覆有导电材料(2)；所述纤维膜基体(1)具有定向交替分段结构。2.根据权利要求1所述的一种各向异性柔性应变传感器，其特征在于，所述纤维膜基体(1)的材料为TPU@PI电纺膜，所述导电材料(2)的材料为Ti3C2Tx；所述导电胶(3)为银导电胶；所述矩形导电纤维膜的长度为3cm，宽度为1cm。3.根据权利要求1或2所述的一种各向异性柔性应变传感器，其特征在于，当外部的应变方向平行于矩形导电纤维膜时，所述各向异性柔性应变传感器在0‑60％应变范围内的灵敏度为486.2；当外部的应变方向垂直于矩形导电纤维膜时，所述各向异性柔性应变传感器在0‑60％应变范围内的灵敏度为2.8；所述各向异性柔性应变传感器具有10.74的选择性。4.权利要求1～3中任意一项所述的一种各向异性柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将聚氨酯纺丝液和聚酰亚胺纺丝液，通过同轴静电纺丝工艺制备得预处理纤维膜基体；将预处理纤维膜基体通过预拉伸处理制备得到具有交替分段结构的纤维膜基体(1)；S2：在纤维膜基体(1)的表面包覆导电材料(2)，随后将若干表面包覆有导电材料(2)的纤维膜基体(1)沿定向方向作为长边裁剪成矩形，得到矩形导电纤维膜，通过正交堆叠将两片矩形导电纤维膜堆叠，随后分别在两片矩形导电纤维膜的两端涂覆导电胶(3)并引出铜线(4)。5.根据权利要求4所述的一种各向异性柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，S1中，所述聚氨酯纺丝液的制备方法为：将聚氨酯颗粒加入到N，N‑二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中，在水浴下磁力搅拌直至完全溶解，得到聚氨酯纺丝液；所述聚氨酯纺丝液中聚氨酯的质量分数为18％‑24％；所述聚酰亚胺纺丝液的制备方法为：将聚酰亚胺粉末加入到N‑甲基吡咯烷酮，在水浴下磁力搅拌直至完全溶解，得到聚酰亚胺纺丝液；所述聚酰亚胺纺丝液中聚酰亚胺的质量分数为12％‑18％；所述预拉伸处理的形变量为10％‑100％。6.根据权利要求4所述的一种各向异性柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，S1中，所述同轴静电纺丝工艺的步骤为：聚氨酯纺丝液吸入注射器中并作为核层与内针头连接，同时将聚酰亚胺纺丝液吸入注射器中并作为壳层与外针头连接，随后推进泵将注射器内的氨酯纺丝液和聚酰亚胺纺丝液挤出针头，并在电场下以滚筒为接收器，得到具有交替分段结构的纤维膜基体(1)。7.根据权利要求6所述的一种各向异性柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯纺丝液的挤出速度为1.0mL/h，所述聚酰亚胺纺丝液的挤出速度为0.6mL/h，负载电压为10kV，滚筒的转速为500‑2500r/min。8.根据权利要求4所述的一种各向异性柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，S2中，所述导电材料(2)的材料为Ti3C2Tx，此时在纤维膜基体(1)的表面包覆导电材料(2)的步骤为：将Ti3AlC2粉末加入盐酸和氟化