[发明专利]一种泊松比可调控的柔性应变传感器

说明书

本发明提供一种泊松比可调控的柔性应变传感器，属于应变传感电子器件技术领域。发明应变传感器通过设计特殊的力学超结构，使得器件在不同参数条件下实现泊松比的调控。其中，力学超结构层由m×m个力学超结构单元阵列排布形成，力学超结构单元由基础单元以端点为圆心，依次旋转60°、旋转一周得到，所述基础单元呈s型，由三段直线和两段圆弧交替连接构成，直线与圆弧相切；其中，三段直线尺寸相同，两段圆弧尺寸相同。通过改变直线与圆弧的尺寸参数即可实现不同泊松比的调控，从而适应不同的应用场景需求，实现过程简单易操作。

技术领域

本发明属于应变传感电子器件技术领域，具体涉及一种泊松比可调控的柔性应变传感器。

背景技术

柔性应变传感器主要是将应变变形转化为电子信号的一种方式，从中获得所需要的测量信息。根据不同的使用环境(如用在医疗健康监测、运动、机器人、机械加工，航空航天等不同的领域)，将应变传感器与不同的柔性基底材料结合，制作而成的传感装置。

柔性应变传感器正泊松比是柔性传感器的固有属性，其表示传感器在x方向拉伸时，y轴也会同时发生形变，其传感器性能严重受到泊松比这一固有属性的限定。以正泊松比性能为主的器件，通过改变衬底材料，对其混合固化剂等物质，减小正泊松比的影响，在x轴拉伸的过程中，y轴依旧是收缩的效果，导致挤压x轴方向的导电沟道，因此其应变范围较小，灵敏度也较低，无法切实有效的调控并提高柔性应变传感器的传感性能及传感范围；目前以零泊松比的性能为主的器件较少，大多以简单的定型结构，即拉伸过程中结构固定，保证其y轴方向不产生形变。

无论是正泊松比、负泊松比或者零泊松比，现有技术中器件的泊松比均为固定的。但由于对于不同形变测试条件下，如大变形条件，希望器件能够在x轴拉伸大变形下，y轴无明显收缩或张开，从而使导电敏感层在y方向不受衬底应力影响，进而提高其测试范围；小变形下，希望器件能有较高的灵敏度，可以更加精准的测试形变量，器件能够实现泊松比的调控，就能解决大变形提高传感范围，小变形提高传感灵敏度的效果。因此，如何在同一图案结构实现泊松比的调控就成为了亟待解决的问题。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种泊松比可调控的柔性应变传感器。本发明应变传感器通过设计特殊的力学超结构，使得器件在不同参数条件下实现泊松比的调控，从而适应不同的应用场景需求，实现过程简单易操作。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种泊松比可调控的柔性应变传感器，包括从下至上依次设置的第一柔性基底层、力学超结构层、第二柔性基底层和导电灵敏层，所述导电灵敏层表面设置电极；其特征在于，所述力学超结构层由m×m个力学超结构单元阵列排布形成，所述力学超结构单元由基础单元以端点为圆心，依次旋转60°、旋转一周得到，所述基础单元呈s型，由三段直线和两段圆弧交替连接构成，直线与圆弧相切；其中，三段直线尺寸相同，两段圆弧尺寸相同，所述直线的线宽为50～200μm,长度0.8～1.2mm；所述圆弧的角度为120°～150°，圆弧所在圆的半径为0.6～0.8mm，圆弧线宽25～100μm。

进一步地，通过调整直线和圆弧的线宽实现泊松比的调控，具体为直线线宽小于100μm，圆弧线宽小于50μm，传感器呈现出正泊松比的效果；直线线宽100μm～150μm，圆弧线宽50～75μm，传感器会呈现出接近零泊松比的效果；直线线宽大于150μm，圆弧线宽大于75μm，传感器会呈现负泊松比的效果。

进一步地，所述力学超结构单元的数量m≥3，确保力学超结构层具有一定适宜的填充率和拉升率。

进一步地，所述第一柔性基底层的厚度为100～150μm，材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)；所述力学超结构层的材料为聚酰亚胺(PI)，厚度为50～100μm；所述第二柔性基底层的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，厚度为100～150μm；所述导电敏感层的厚度约为100～200nm，材料为金(Au)或者铂(Pt)等；所述电极材料为银(Ag)。