[发明专利]应变传感器

说明书

技术领域

本发明涉及检测材料、物体、物质和/或基体上的位移、冲击、应力、应变、变形和/或扭曲的应变传感器，其特别涉及使用碳纳米管的应变传感器。

本申请要求日本专利申请No.2011-249172的优先权，其全部的内容通过饮用合并于此。

背景技术

通常，应变传感器设计为基于电阻变化检测应变，例如由于施加到电阻器的应变(例如扩张和收缩)而变化的电阻器电阻。通常，金属或半导体已经用于电阻器。然而，金属或半导体在应用于应变传感器时有局限，因为它们会由于可逆的扩张和收缩而产生小量的应变。

考虑到这一缺陷，已经开发了使用碳纳米管(CNT：carbon nanotube)作为电阻器的各种装置且披露在例如专利文献1到4这样的各种文献中。专利文献1-3(其通过相同的申请人书写但是以不同方式提交)每一个涉及智能材料：通过纳米管传感系统、复合材料和使用碳纳米管的装置获得应变传感和应力确定，其能检测材料中的位移、冲击、应力和/或应变。专利文献4公开了使用碳纳米管的扩张/收缩装置。另外，非专利文献1为标题为“Growth and Application of Ultra-Long Multi-Walled Carbon Nanotube”的文章，其主要导论了使用氯化铁粉末的垂直排布的超长多壁纳米管的容易且高效的合成方法。

使用多个CNT制造的CNT膜的前述装置沿预定方向取向。据认为，CNT膜适用于检测高应变的传感器，因为CNT膜可主要地沿与CNT取向方向垂直的方向扩张或收缩。然而，前述装置使用在其表面上露出的CNT膜制造。这会造成CNT(用作电阻器)的电阻变化异常，例如在CNT膜不期望地由于突然接触材料、在外来物质不期望地进入CNT之间形成的间隙时、和/或在湿气或漂浮气体施加到CNT时而损坏或破坏时。这会降低传感功能的耐用性(或机器寿命)。

引证列表

专利文献

专利文献1:日本专利申请公开No.2010-281824

专利文献2:国际申请公开No.WO2004/065926A1

专利文献3:美国专利申请No.US2006/0253942A1

专利文献4:日本专利申请公开No.2010-47702

非专利文献

非专利文献1:标题为“GROWTH AND APPLICATION OF ULTRA-LONG MULTI-WALLED CARBON NANOTUBE”的文章，其记载于Journal of Automation,Mobile Robotics&Intelligent Systems,Volume 3,No.4,2009。

发明内容

本发明的目标是提供一种应变传感器，其能防止CNT膜的损坏/破坏和/或CNT中进入外来物质，且能改善传感功能的耐久性。

本发明涉及包括柔性基板的应变传感器；用沿取向方向排布的多个CNT纤维制造的CNT膜；沿与CNT纤维的取向方向垂直的方向形成在CNT膜相反端部的一对电极；和用树脂(颗粒)、水基乳状液或油基乳状液制造的、用于保护CNT膜的保护涂层。保护涂层被置于与CNT膜表面上的至少一部分CTN纤维接触。

包括保护涂层的应变传感器能防止CNT膜的损坏/破坏，由此在保持足够的传感功能的情况下改善耐久性。

优选的是保护涂层层合在CNT膜的表面上，这可以改善保护涂层的保护功能。这可以对与保护涂层有关的显著效果有贡献，例如，其中可以防止CNT膜的损坏/破坏，防止外来物质进入CNT纤维之间的间隙，和防止湿气或漂浮气体粘附到CNT纤维。

优选的是用水基乳状液制造保护涂层，可以通过涂层或浸泡的方式形成保护涂层。另外，可以保持在CNT膜的表面上层合的保护涂层，而树脂颗粒部分地渗入到CNT膜中。换句话说，可以防止CNT膜不期望的电阻变化，这可在树脂颗粒部分地渗入CNT膜中时发生。

优选的是，保护涂层部分地渗入到CNT纤维之间的至少一部分间隙中。这也可以对与保护涂层有关的显著效果有贡献。在这方面，保护涂层在其中可以部分地包括CNT纤维。换句话说，保护涂层被部分地插置在CNT纤维之间的间隙中。这在CNT膜由于施加到应变传感器的应变而拉伸时防止CNT膜的厚度过度减小。另外，可以防止在多个CNT纤维沿CNT膜的厚度方向彼此接近时的电阻减少。

优选的是保护涂层包括多种导电添加剂，所述导电添加剂可以允许保护涂层被部分地插置在CNT纤维之间的间隙中，由此抑制CNT膜中电阻的增加。