[发明专利]一种皮亚诺曲线型液态金属应变传感器及制备方法

说明书

本发明涉及液态金属传感器的技术领域，更具体地，涉及一种皮亚诺曲线型液态金属应变传感器及制备方法。一种皮亚诺曲线型液态金属应变传感器，包括弹性主体、设置在弹性主体内的液态金属主体以及分别连接于液态金属主体两端且伸出弹性主体表面的导线，所述液态金属主体在弹性主体内呈皮亚诺曲线状。本发明通过对液态金属主体的皮亚诺曲线结构设计，赋予了传感器卓越的各向同性拉伸属性，解决了现有技术中液态金属传感器的拉伸各向异性的技术问题。

技术领域

本发明涉及液态金属传感器的技术领域，更具体地，涉及一种皮亚诺曲线型液态金属应变传感器及制备方法。

背景技术

目前液态金属应变传感器均采用注射法将液态金属注射到横截面为圆形或方形的通道内，当传感器受拉应力时通道长度增加并且横截面缩小，从而电阻增大，通过电阻的变化感知应变大小。但目前的液态金属应变传感器的灵敏度较低，使液态金属应变传感器无法检测较小应变，这极大的限制了液态金属应变传感器在可穿戴生理信号检测等领域的应用。

现有技术提供了一种高灵敏度的液态金属应变传感器，包括应变传感器弹性主体、使液态金属应变传感器形成应力集中的嵌入体和液态金属，所述液态金属缠绕在所述嵌入体上形成应变传感器传感主体，所述应变传感器传感主体嵌入在所述应变传感器弹性主体的内部，所述嵌入体的弹性模量大于所述应变传感器弹性主体的弹性模量。现有技术采用嵌入体使液态金属应变传感器形成应力集中，从而产生挤压液态金属的效果，使液态金属横截面缩小，因而能够提高其电阻的变化，提高灵敏度。

上述现有技术的液态金属仅能保持在单向拉伸时电阻恒定变小，当受到其他方向的拉伸时电阻变化的数值不稳定，电阻变化的灵敏度也受到影响，导致应变检测输出的电信号紊乱，存在液态金属的拉伸各向异性的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中液态金属的拉伸各向异性的不足，提供一种皮亚诺曲线型液态金属应变传感器及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种皮亚诺曲线型液态金属应变传感器，包括弹性主体、设置在弹性主体内的液态金属主体以及分别连接于液态金属主体两端且伸出弹性主体表面的导线，所述液态金属主体在弹性主体内呈皮亚诺曲线状。

本发明的一种皮亚诺曲线型液态金属应变传感器，弹性主体作为液态金属主体的形变载体用于接受外力对其的拉伸，达到对设置在弹性主体内的液态金属主体拉伸形变的效果，液态金属主体受拉应力时通道长度增加并且横截面缩小，从而电阻增大，通过电阻的变化感知应变大小，分别连接于液态金属主体两端且伸出弹性主体表面的导线用于外接检测设备读取液态金属主体的电阻变化大小，感知应变程度；皮亚诺曲线状的液态金属主体无论在横向或是纵向在拉伸时，从最外围图案开始变形，次外层不变形，随着拉伸量的增大图案变形逐渐由外向内，电阻的稳定增大得益于图案整体的稳定形变，不会出现液态金属主体的局部过度形变而导致液态金属主体分段，因此皮亚诺曲线状的液态金属主体赋予了传感器卓越的各向同性拉伸属性，解决了现有技术中液态金属主体的拉伸各向异性的技术问题。

进一步地，所述液态金属主体所呈的皮亚诺曲线转角处皆为圆弧线。将液态金属主体所呈的皮亚诺曲线转角处设置为圆弧线，有利于提升液态金属主体拉伸的延展性和分散弹性主体传递的形变，并提高整体图案均匀形变的协调性，避免液态金属由于局部形变过大断裂而导致电阻变化率过大。

进一步地，所述弹性主体由完全固化的固态硅橡胶构成。固态硅橡胶的弹性模量接近人体皮肤，并且具有拉伸延展性好、吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定以及机械强度高的特点，可很好地应用于人体的智能穿戴设备。

进一步地，所述弹性主体的截面为矩形。矩形的截面不仅便于弹性主体进行各向的拉伸，并且便于加工。

进一步地，所述导线为铜线。铜线具有电阻率，全频率信号传导性平衡、易加工、导电性和稳定性好的优势。