[发明专利]一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感装置，尤其涉及一种基于超长半导体碲微米线的柔性应变传感器。

背景技术

应变传感器被广泛应用在微电机系统，材料损伤检测，生命科学等。主要利用的是材料的压阻效应和压电效应。压阻效应是指材料在受到压力的时候，电阻发生变化。压电效应是由于受压力后，电荷的极化产生电压。压电材料主要检测电压，但是往往电压很小，而且还要施加很大的压应力。压阻材料中主要用半导体材料，导电性较好的半导体材料，在受到压应力的时候，电阻变化，电流信号容易被检测。

碲（Te）是一种p型元素半导体材料，其是导电性最好的非金属材料，能带宽度极小，容易在外界物理条件下，发生电阻的转变。一维取向的碲材料可以通过水热法合成。有很多学者成功合成了碲纳米线或纳米棒，本发明合成了超长的碲微米线，利用其半导体压阻效应，制备成功应变传感器。

压阻材料是在受到压应变时产生电阻的变化，如氧化锌，氮化镓等材料。碲能带宽度较这些材料小，导电性也较这些材料好。其可以在很小的电压下就可以检测出有无电流变化，从而确定应变的发生。在微电机系统和材料的损伤检测，测力，重量中都可以发挥更好的用处。

现有的电阻应变片的基本构造一般由敏感栅、基底、盖片、引线等组成。敏感栅由高电阻系数的细丝弯曲而成栅状，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。装置复杂，成本较高。并且对应变的方向有严格要求，需要在一定方向上使敏感栅发生形变，而且形变变化量要求高。本发明的柔性应变传感器，在发生压缩应变和拉伸应变，以及从各个方向只要有应变发生，均有电流的变化。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的问题，而提供一种检测微小应变的柔性应变传感器。

本发明的技术方案是：一种柔性应变传感器，该柔性应变传感器包括柔性聚合物基体，设置在所述性聚合物基体上的主体材料，以及主体材料的两端电极和封装材料，其中，所述主体材料是采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线，长度在1-5个毫米，直径为30-50个微米；所述电极为银浆或导电胶。

进一步，所述封装材料为环氧树脂或聚二甲基硅氧烷。

进一步，所述柔性聚合物基体为聚乙烯PS，聚丙烯PP或聚偏氟乙烯PVDF。

进一步，所述采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线的具体步骤如下：

步骤1.将0.001mol的二氧化碲或碲酸钠溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中，得到A混合液，备用；

步骤2.将0.15g的硼氢化钠或硼氢化钾溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中，置于烧杯中，加入0.5g十二烷基磺酸钠，充分搅拌，得到B混合液，备用；

步骤3.将A混合液与 B混合液混合后，充分搅拌，倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中，加入去离子水稀释到80ml，盖上盖，放入不锈钢反应釜中，在温度为175℃-185℃反应20-24小时，反应结束后，洗涤，过滤，干燥得到碲微米线。

本发明具有以下效果：

1）本发明所提供的测试装置可以实现在不同环境下，发生的微小应变进行检测，并实时判断应变的增减。

2）本发明所提供的应变传感材料制备简单，成本较低。加入量均是适用于容积为100ml的聚四氟乙烯的内衬。

附图说明

图1为本发明中单根半导体碲微米线电子显微镜图片。

图2为本发明柔性应变传感器的结构示意图。

图3为本发明柔性应变传感器实施应变时的电流响应曲线。

图中：

1.超长单根碲微米线，2.封装材料，3.电极材料，4.柔性聚合物基体。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明中超长的碲微米线用水热法制备，步骤1.将0.001mol的二氧化碲溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中，得到A混合液，备用；

步骤2.将0.15g的硼氢化钠溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中，置于烧杯中，加入0.5g十二烷基磺酸，充分搅拌，得到B混合液，备用；

步骤3.将A混合液与 B混合液混合后，充分搅拌，倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中，加入去离子水稀释到80ml，盖上盖，放入不锈钢反应釜中，在温度为185℃反应24小时，反应结束后，洗涤，过滤，干燥得到碲微米线。附图1即为产物的扫描电镜图，其长度在3毫米，直径为30微米。