[发明专利]一种用于测量曲率的液晶传感器、其制备方法及用途

说明书

本发明涉及一种用于测量曲率的液晶传感器、其制备方法及用途。所述液晶传感器包括以下组件：1.柔性薄膜上基板和柔性薄膜下基板；2.液晶液滴；3.胶黏层。本发明的液晶传感器利用胆甾相液晶具有机械应变变色特性来检测物体的弯曲曲率，其在曲率检测中克服了现有技术操作复杂、设备昂贵等的缺点，具有直接、高效和灵敏的优点。

技术领域

本发明属于传感装置技术领域，具体涉及一种用于测量曲率的液晶传感器、其制备方法及用途。

背景技术

自然界中生物自身带有许多类似传感、驱动的能力，通过自身运动来控制和感知外界的变化。基于这种传感、驱动生物特性的材料，在人体健康监测、电子皮肤、智能机器人以及微纳机电系统等领域有着广泛的应用。结构的曲率是其中一个关键的几何参数。大部分的传感器应用于运动监测只局限于拉伸和压缩的检测，对于弯曲曲率检测而言，常见的传感器，最大的局限在于应用传统的无机材料，其本身的脆性大、柔韧性差无法进行弯曲变形，或者采用柔性好、可延展的有机材料但通常输出响应低、传感驱动性能差等。相较而言，有机与无机的复合材料兼具两种材料的优点，进行结合制备出性能优异的柔性材料，兼具良好的弯曲变形和输出响应，在面对曲率监测的一大难题上，实现响应速率和变形幅值的同步提升。

液晶(Liquid Crystal，简称LC)是液态晶体的简称，是介于液体与固体之间的一种特殊物质形态。由于液晶分子具有双折射性、取向有序性和光电活性等特殊性质，因而它在电子、光电显示领域有广泛的应用。液晶分子的排列组装极易受到外场的影响，包括电场、磁场、温度、应力等，因而利用液晶的这种响应性行为可以制备应用于不同场景下的液晶传感器。如合肥工业大学的丁运生等人通过利用胆甾相液晶具有可逆感温变色特性来对待监测物进行温度监测，其温度反馈直接简单。

现有技术中用于曲率检测的方法大致分为以下三种：1.接触式测量，如用游标卡尺或者千分尺，其存在的缺点是测量方法操作不便，不适合在实际工作环境中使用；2.光纤曲率传感器。光纤形态传感器的原理是直接附着在物体表面，随着物体移动或者包埋到物体内部，位置信息通过光电信号调节系统转换为电信号，进而感知物体的曲率信息。其存在的缺点是传感结构复杂，方法实现过程复杂，使用成本高。且在大部分情况下不可拉伸；3.挠曲电柔性纳米曲率传感器，其传感原理是：当传感器受力弯曲时，柔性高弹体因变形产生应变梯度，从而导致基体中的纳米颗粒自发极化，使柔性高弹体上下表面分别产生正负电荷，从而实现弯曲变形过程中挠曲电信号的输出。其存在的缺点是挠曲电曲率传感器的响应速率与颗粒的掺杂量及分布均匀度以及传感器的弯曲变形程度有关。因此，现有技术中使用液晶分子制备的曲率传感装置未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于分析待测物体的弯曲曲率的液晶微型传感器装置及其构建方法，以及使用其检测物体曲率的方法，所述装置和方法可解决现有技术中响应信号输出与变形程度不可同时提升的技术问题。

一方面，本发明提供一种用于测量曲率的液晶传感器，其包括以下组件：

1.柔性薄膜上基板和柔性薄膜下基板，所述柔性薄膜上基板的下表面和柔性薄膜下基板的上表面均进行等离子体改性，并且柔性薄膜上基板的下表面与柔性薄膜下基板的上表面彼此相对设置；

2.液晶液滴，其由胆甾相液晶的液滴构成，并位于所述柔性薄膜上基板和柔性薄膜下基板之间；

3.胶黏层，其由胶黏性物质构成，所述胶黏性物质位于所述柔性薄膜上基板和柔性薄膜下基板之间，同时位于所述液晶液滴周边，所述胶黏性物质与柔性薄膜上基板和柔性薄膜下基板共同形成封闭空间以便容纳所述液晶液滴，

其中，柔性薄膜上基板和柔性薄膜下基板之间的距离与液晶液滴的直径的比例为0.7-1，

其中，当使用所述传感器测量待测物体的曲率时，在待测物体曲率最大位置处，柔性薄膜上基板与柔性薄膜下基板的间距小于未测量时的原始间距，由此产生了应力，该应力使得传感器中液晶液滴的组装结构从洋葱结构变为核壳结构，并同时导致液晶的反射颜色发生变化。