本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到用柔性壓力傳感器研制。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，柔性壓阻傳感器在現(xiàn)代工業(yè)和民用領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，比如：大型國防設(shè)備狹小曲面層間壓力測量、機(jī)器人指端觸覺和電子皮膚研制等領(lǐng)域。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有壓阻特性和柔性，故而可用于制備柔性壓阻傳感器。但是，目前基于這種復(fù)合材料的傳感器大多采用基于片狀金屬電極的三明治結(jié)構(gòu)，金屬電極占據(jù)了大部分壓敏區(qū)域，降低了傳感探頭的柔性，使其無法應(yīng)用于彎曲程度較大的場合。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器及其研制方法。所述的基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器包括殼層、幔層和核區(qū)三層結(jié)構(gòu)，殼層由絕緣高分子材料構(gòu)成，幔層由具有壓阻特性的石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料構(gòu)成，核區(qū)由埋在石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料之中的作為電極的一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲構(gòu)成。
所述的基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的研制方法包括以下步驟：將作為核區(qū)的一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲固定于旋轉(zhuǎn)平臺之上備用；將厚度15納米直徑150納米的石墨烯微片、聚二甲基硅氧烷和正己烷按1∶16∶170的體積比混合，利用機(jī)械攪拌和超聲振蕩使石墨烯微片在由聚二甲基硅氧烷和正己烷構(gòu)成的混合溶液中分散，待正己烷揮發(fā)后，形成石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料；將石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料滴入所述的固定有一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲的旋轉(zhuǎn)平臺之上，把石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料旋涂成所需厚度，并確保所述的一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲被包裹在石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料之中；待石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料硫化成型后，形成基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的幔層；將所述的幔層剪裁為所需尺寸；將交聯(lián)劑和聚二甲基硅氧烷按一定比例混合制備為絕緣高分子材料；將部分絕緣高分子材料均勻地涂覆在程控升降臺的固定平臺上的剛性平板上，將所述的埋有一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲的幔層放置于程控升降臺的固定平臺上的絕緣高分子材料之上，再將剩余的絕緣高分子材料涂覆在幔層之上，使所述的幔層完全被包裹在絕緣高分子材料之中；通過微機(jī)控制固定于程控升降臺可動平臺上的光滑剛性平板向下移動，將包裹在幔層上的絕緣高分子材料擠壓為所需厚度；待絕緣高分子材料成型后，形成基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的殼層；將所述的殼層裁剪為所需尺寸，進(jìn)而完成基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的制備。
本發(fā)明的特點及效果：
本發(fā)明提出的研制方法，將金屬絲作為電極埋于復(fù)合材料內(nèi)部，大幅減少了探頭中金屬電極的尺寸，故而有效地提高了傳感探頭的柔性；并且，由于經(jīng)過大量實驗和分析得到了最佳的石墨烯含量和形貌特征，故能確保復(fù)合材料電阻隨壓力單調(diào)變化。因此，利用本發(fā)明的方法研制的基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器可以應(yīng)用于彎曲程度較大的場合，比如：電子皮膚研制和曲面層間壓力測量等。
附圖說明
圖1為基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，a代表作為電極的金屬絲；b代表涂在金屬絲之上的絕緣漆；c代表由硫化后的石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料構(gòu)成的幔層；d代表由已成型的絕緣高分子材料構(gòu)成的殼層。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例說明本發(fā)明提出的基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的研制方法：將作為核區(qū)的一對兩端裸露中段涂有絕緣漆b的金屬絲a固定于旋轉(zhuǎn)平臺之上備用；將厚度15納米直徑150納米的石墨烯微片、聚二甲基硅氧烷和正己烷按1∶16∶170的體積比混合，利用機(jī)械攪拌和超聲振蕩使石墨烯微片在由聚二甲基硅氧烷和正己烷構(gòu)成的混合溶液中分散，待正己烷揮發(fā)后，形成石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料；將石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料滴入所述的固定有一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲的旋轉(zhuǎn)平臺之上，把石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料旋涂成所需厚度，并確保所述的一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲被包裹在石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料之中；待石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料硫化成型后，形成基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的幔層c；將所述的幔層c剪裁為所需尺寸；將交聯(lián)劑和聚二甲基硅氧烷按一定比例混合制備為絕緣高分子材料；將部分絕緣高分子材料均勻地涂覆在程控升降臺的固定平臺上的剛性平板上，將所述的埋有一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲的幔層c放置于程控升降臺的固定平臺上的絕緣高分子材料之上，再將剩余的絕緣高分子材料涂覆在幔層c之上，使所述的幔層c完全被包裹在絕緣高分子材料之中；通過微機(jī)控制固定于程控升降臺可動平臺上的光滑剛性平板向下移動，將包裹在幔層c上的絕緣高分子材料擠壓為所需厚度；待絕緣高分子材料成型后，形成基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的殼層d；將所述的殼層d裁剪為所需尺寸，進(jìn)而完成基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的制備。
實施例
將作為核區(qū)的一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲固定于旋轉(zhuǎn)平臺之上備用，金屬絲的內(nèi)徑30微米、外徑45微米，金屬絲總長度為60毫米，裸露在絕緣漆之外的金屬絲長度為500微米，兩金屬絲軸心距離為10毫米；將厚度15納米直徑150納米的石墨烯微片、聚二甲基硅氧烷和正己烷按1∶16∶170的體積比混合，利用機(jī)械攪拌和超聲振蕩使石墨烯微片在由聚二甲基硅氧烷和正己烷構(gòu)成的混合溶液中分散，待正己烷揮發(fā)后，形成石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料；將石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料滴入所述的固定有一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲的旋轉(zhuǎn)平臺之上，把石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料旋涂成厚度為400微米的薄膜，并確保所述的一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲被包裹在石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料之中；待石墨烯填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料硫化成型后，形成基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的幔層；將所述的幔層剪裁為邊長為30毫米的正方形薄膜；將正硅酸乙酯和聚二甲基硅氧烷按1∶100的體積比混合制備為絕緣高分子材料；將部分絕緣高分子材料均勻地涂覆在程控升降臺的固定平臺上的剛性平板上，將所述的埋有一對兩端裸露中段涂有絕緣漆的金屬絲的幔層放置于程控升降臺的固定平臺上的絕緣高分子材料之上，再將剩余的絕緣高分子材料涂覆在幔層之上，使所述的幔層完全被包裹在絕緣高分子材料之中；通過微機(jī)控制固定于程控升降臺可動平臺上的光滑剛性平板向下移動擠壓包裹在幔層上的絕緣高分子材料，使幔層和殼層的總厚度為600微米；待絕緣高分子材料成型后，形成基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的殼層；將所述的殼層裁剪為邊長為50毫米的正方形薄膜，進(jìn)而完成基于內(nèi)置式電極的柔性壓阻傳感器的制備。