[发明专利]一种五模超材料、柔性剪应力传感器及其制备方法、应用

权利要求书

1.一种五模超材料，其特征在于，所述五模超材料由若干晶胞组成，每一晶胞为一直四棱柱，每一晶胞由若干个微结构单元从底端边缘通过微结构单元间的公共杆或公共接触面向顶边的对边依次排布而成，使得五模超材料具备抗压不抗剪的特性；

每一晶胞由若干个微结构单元从底端边缘通过微结构单元间的公共杆或公共接触面向顶边的对边按自定义的缩放比例缩放依次排布而成；

所述微结构单元为若干个正方体排布而成，具体为：微结构单元由4个正方体排布而成，第一平面上间隔设置有3个正方体，第一正方体（101）与第二正方体（102）的间隔距离为一正方体的边长，第三正方体（103）与第一正方体（101）呈对角线布置，且第三正方体（103）与第二正方体（102）的间隔距离为一正方体的边长，在第二平面上设置有第四正方体（104），且第四正方体（104）底部的三个顶点分别与第一正方体（101）、第二正方体（102）和第三正方体（103）的顶点相连；第四正方体（104）的上底面的一条边与下一微结构单元中第二正方体的下底面的一条边通过公共杆连接。

2.根据权利要求1所述的五模超材料，其特征在于，所述微结构单元为若干个四棱台排布而成，具体为：其中微结构单元由5个四棱台排布而成，第一平面上间隔设置有3个依次按下底面边连接的四棱台，第二平面上设置有2个倒置的依次按边连接的四棱台；第二平面上中的某一四棱台的上表面与下一微结构单元中某一的四棱台的下表面连接，该面作为公共接触面。

3.一种权利要求1或2所述的五模超材料的制备方法，其特征在于，所述五模超材料采用聚合物3D打印技术-立体光刻技术、激光直接书写技术或模具浇筑法制备得到。

4.根据权利要求3所述的五模超材料的制备方法，其特征在于，所述五模超材料采用模具浇筑法制备的过程具体为：首先将用于待冲孔和刻蚀的有机材料注入第一模具中，经振捣后，对模具做密封处理，再进行养护直至有机材料固化；去除第一模具，在固化后的有机材料上依据设计好的五模超材料结构内部对有机材料内部进行钻孔雕刻，对钻孔后的有机材料外设置第二模具；将流体状态的Pentamode材料注入至第二模具中，经振捣后，再进行养护直至Pentamode材料固化，去除第二模具与有机材料，得到五模超材料结构。

5.一种基于五模超材料的柔性薄膜剪应力传感器，其特征在于，包括自上而下设置的上保护层（1）、第一柔性电极（3）、五模超材料薄块（5）、第二柔性电极（4）、下保护层（2）；其中，五模超材料薄块（5）为权利要求1或2所述的五模超材料或由权利要求3或4所述的制备方法制备得到的五模超材料；五模超材料薄块（5）、第一柔性电极（3）和第二柔性电极（4）间设有液体电解质（6），第一柔性电极（3）或第二柔性电极（4）与五模超材料薄块（5）之间的连线具有夹角，用于在五模超材料薄块（5）受到压力时，液体电解质（6）使得第一柔性电极（3）和第二柔性电极（4）间的正对面积发生改变，通过两极板之间正对面积确定剪应力的大小。

6.根据权利要求5所述的基于五模超材料的柔性薄膜剪应力传感器，其特征在于，五模超材料薄块（5）与第一柔性电极（3）、第二柔性电极（4）的8条连线间均设置有阻尼支座，用于限制五模超材料薄块（5）在柔性薄膜剪应力传感器内部的运动范围。

7.一种权利要求5所述的基于五模超材料的柔性薄膜剪应力传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

S1，在上保护层（1）和下保护层（2）的外表面涂有一层柔性耐温涂层；在上保护层（1）和下保护层（2）的内表面涂有一层聚对苯二甲酸乙二醇脂，以防止上保护层（1）和下保护层（2）氧化；

S2，基于碳基、柔性电极材料和纳米金属材料进行复合制备第一柔性电极（3）和第二柔性电极（4）；

S3，将步骤S2制备得到的第一柔性电极（3）、第二柔性电极（4）通过阻尼支座与五模超材料薄块（5）的8个顶点相连；

S4，将液体电解质（6）进行液体封装，注入至第一柔性电极（3）和第二柔性电极（4）间，以包裹五模超材料薄块（5）。

8.一种权利要求5或6所述的基于五模超材料的柔性薄膜剪应力传感器在超重力环境下测量剪应力的应用。