[发明专利]基于多孔导电弹性体的应力传感器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种基于多孔导电弹性体的应力传感器及其制作方法。该应力传感器包括：平面电极(1)，具有多孔结构的导电弹性体(2)和平面电极(3)，平面电极(1)与多孔导电弹性体(2)的上表面粘贴连接，平面电极(3)与所述多孔导电弹性体(2)的下表面粘贴连接，平面电极(1)和平面电极(3)作为应力传感器的信号输出端。本发明提出的基于多孔导电弹性体的应力传感器对外界的应力应变可以通过电阻的变化做出准确响应，具有稳定性强可靠度高等优势。同时具有良好的力学与电学性能，并可以通过调节各组成比例间的质量分数、孔径大小与孔隙率，对应力传感器的灵敏度等关键参数进行调控与优化，实现了对外界微小应力准确识别的目标。

技术领域

本发明涉及信号传感、可穿戴、健康监测领域，具体涉及一种基于多孔导电弹性体的应力传感器及其制作方法。

背景技术

随着可穿戴电子与便携式智能系统的快速发展，各类柔性应力传感器件受到了越来越多的关注，并且应用到健康监测、人机交互和安全通讯的各个方面。目前的应力传感器按照原理不同，可以分为电容式、压阻式与压电式等多种类别，可以对外界应变做出稳定的识别与传感。其中，将外界压力转变为电阻信号的压阻式应力传感器，采用特定的高灵敏度结构配合电导性能优良的功能材料，具有造价低廉、探测应力范围广、制备工艺简单、结构简单可靠等优势，在电子皮肤、阵列定位、轨迹识别等领域被广泛应用。

对于不同的基于压阻式工作原理的应力传感器，许多研究小组进行了大量的探索。然而，这些采用聚合物材料作为传感材料的应力传感器的灵敏度通常不高，在低应变范围下传感稳定性较差，一定程度上限制了其在可穿戴领域的进一步应用。最近，采用多孔海绵配合导电材料的新型应力传感器被深入研究，通过在商用海绵骨架上滴涂活性物质，在施加外界应力情况下，多孔结构产生形变，使得器件电阻相应变化，产生稳定的电阻响应。但是，这种分离式的加工方式使得器件稳定性较低，且对于多孔结构的调控能力较低，限制了器件进一步优化的可能。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于多孔导电弹性体的应力传感器及其制作方法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于多孔导电弹性体的应力传感器，包括：

平面电极(1)，具有多孔结构的导电弹性体(2)和平面电极(3)，所述平面电极(1)与所述多孔导电弹性体(2)的上表面粘贴连接，所述平面电极(3)与所述多孔导电弹性体(2)的下表面粘贴连接，所述平面电极(1)和平面电极(3)作为应力传感器的信号输出端。

进一步地，所述导电弹性体(2)包括聚合物与导电材料的混合物，所述聚合物包括聚二甲基硅氧烷或者聚苯胺，所述导电材料包括碳纳米管或者乙烯二氧噻吩单体。

进一步地，所述平面电极(1)、平面电极(3)为具有柔性特质的电极。

进一步地，所述多孔结构通过在填满固化后混合物的模具中添加易溶于水的颗粒诱导形成。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于多孔导电弹性体的应力传感器的制作方法，包括：

通过称量将CNT与PDMS的基液混合加入甲苯中，得到甲苯溶液；

对所述甲苯溶液进行磁力辅助搅拌，使得CNT与PDMS完全溶解在甲苯中，得到CNT-PDMS分散均匀的甲苯溶液；

通过称量将PDMS的交联剂与糖粉颗粒加入到CNT-PDMS分散均匀的甲苯溶液中，再次对甲苯溶液进行磁力辅助搅拌，使得甲苯挥发，得到CNT-PDMS-糖粉混合物；

将所述CNT-PDMS-糖粉混合物填充到模具之中，通过加热烘干的方式，使PDMS的基液与交联剂反应固化；