吉林大学;辽宁材料实验室张俊秋获国家专利权
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龙图腾网获悉吉林大学;辽宁材料实验室申请的专利一种具有频率选择功能的粘弹性可调仿生柔性传感器及其制备方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118706251B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-26发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411069576.3,技术领域涉及:G01H11/06;该发明授权一种具有频率选择功能的粘弹性可调仿生柔性传感器及其制备方法是由张俊秋;李雪阳;孙涛;韩志武;辛懿;武家超;时子健;陈豫设计研发完成,并于2024-08-06向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种具有频率选择功能的粘弹性可调仿生柔性传感器及其制备方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种具有频率选择功能的粘弹性可调仿生柔性传感器及其制备方法,涉及柔性传感器技术领域,粘弹性可调仿生柔性传感器从上到下依次由高弹稳变层、振动传递层与频率识别层三部分组成,高弹稳变层置于柔性传感器的顶部和底部,与振动传递层和频率识别层接触面为通过旋涂等工艺制备的电极层,可在振动过程中提供稳定安全的受力界面并起到防尘、防干扰信号的保护作用。振动传递层包括高弹性微棘突导电薄膜与高弹性微拱形导电薄膜,二者呈微结构相对的方向连接,其中微棘突结构与微拱形结构切面中轴线重合,在受力过程中通过柔性微结构的界面调控起到放大振动效果并精准传递力的作用。频率识别层为可调谐粘弹性导电海绵,由聚酯海绵与导电混悬液制成,通过调整聚酯海绵的厚度与混悬液中导电粒子的配比与种类,改变导电海绵对多频振动的响应‑弛豫时间,实现振动频率的识别与按需调控。
本发明授权一种具有频率选择功能的粘弹性可调仿生柔性传感器及其制备方法在权利要求书中公布了:1.一种具有频率选择功能的粘弹性可调仿生柔性传感器制备方法,其特征在于:所制备的具有频率选择功能的粘弹性可调仿生柔性传感器包括高弹稳变层、振动传递层和频率识别层; 高弹稳变层置于柔性传感器的顶部与底部,振动传递层与频率识别层设置在两层高弹稳变层之间,振动传递层位于上部,频率识别层位于下部; 所述高弹稳变层由柔性材料通过高温烘烤或化学聚积固化而成,高弹稳变层包括外部高弹稳变层10和内部高弹稳变层导电层50,内部高弹稳变层导电层50为电极层,通过电化学沉积、气相沉积或旋涂方法中的一种制备而成,并与振动传递层和频率识别层接触面间引出导线; 所述柔性材料为聚二甲基硅氧烷PDMS、聚氨酯弹性体TPU、硅橡胶SR、聚丙烯薄膜PP、聚氯乙烯PVC中的一种; 所述振动传递层包括高弹性微棘突导电层20与高弹性微拱形导电层30,高弹性微棘突导电层20上均匀设置有单面半球形微结构,高弹性微拱形导电层30上均匀设置有单面拱形凸起微结构,单面半球形微结构与单面拱形凸起微结构相对连接,单面半球形微结构与单面拱形凸起微结构切面中轴线重合,通过上下层微结构间的棘突-弧面组合结构可实现对微弱振动的效果增强效应,降低微振动感知阈值; 所述高弹性微棘突导电层20与高弹性微拱形导电层30尺寸为20mm×20mm×1mm,半球形直径和拱形凸起直径为100μm; 所述频率识别层为可调谐粘弹性导电海绵40,可调谐粘弹性导电海绵40由聚酯海绵与导电混悬液制成,其中聚酯海绵几何参数和导电溶液配比均为可调参数,聚酯海绵具有高压缩性和高回弹性的开放多孔结构,可实现导电粒子的充分填充;通过导电海绵表面导电粒子的整体-断裂和粒子间的接触-分离将所机械信号转化为电信号,通过检测响应-弛豫速度,达到所述频率选择性功能; 所述内部高弹稳变层导电层50、高弹性微棘突导电层20、高弹性微拱形导电层30和可调谐粘弹性导电海绵40之间由导电银浆、炭黑胶、耐高温红胶、锡膏液态导电聚合物中的一种,通过高温烘烤、紫外光照射、激光固化加工手段中的一种固化后相连接; 包括以下步骤: 步骤一、振动传递层的制备: 1.高弹性微棘突导电层与高弹性微拱形层模具制备: 设计高弹性微棘突导电层、高弹性微拱形导电层尺寸为2mm×20mm×1mm,上有单面半球形和拱形凸起结构,截面直径100μm,每两个结构间间隔100μm; 使用3D打印方法制造树脂模具,模具尺寸为30mm×30mm×3mm,具有上述高弹性微棘突导电层、高弹性微拱形导电层反结构,用细砂纸将模具表面打磨光滑; 2.导电弹性体溶液的制备: 将1g直径为8-15nm、长度为3-12μm的碳纳米管MWCNT、1g粒经为40nm的炭黑CB加入到20g甲苯溶剂中,再加入0.02g羧甲基纤维素CMC使导电粒子均匀分散在溶剂的作用; 使用磁力搅拌仪将上述溶液室温搅拌30min,加入15g聚二甲基硅氧烷PDMS试剂主剂和8g甲基硅油,甲基硅油起到增加复合材料柔韧性的作用,设置磁力搅拌仪为40℃,搅拌2h; 取出混合溶液,待冷却至室温后,加入1.5g聚二甲基硅氧烷PDMS试剂固化剂,使用磁力搅拌仪室温搅拌2h; 待试剂均匀混合后,将混合溶液放入真空抽气机,抽气20min去除溶液内部气泡,制成导电弹性体溶液; 3.高弹性微棘突导电层与高弹性微拱形层的制备: 将上述导电弹性体溶液倒入具有高弹性微棘突导电层和高弹性微拱形导电层反结构的树脂模具,静置20min至溶液表面均匀且无气泡后,送入80℃烘箱烘烤3h,冷却至室温后脱模,制成高弹性导电薄膜; 将上述导电弹性体溶液倒入具有高弹性微棘突导电层外形特征的树脂模具,静置20min至溶液表面均匀且无气泡后,送入80℃烘箱烘烤3h,冷却至室温后脱模,制成高弹性微棘突导电层; 步骤二、高弹稳变层的制备: 高弹稳变层尺寸为24mm×24mm×0.5mm,表面无微结构; 将聚二甲基硅氧烷PDMS以10:1比例混合均匀,放入真空抽气机,抽气20min去除溶液内部气泡,将溶液倒入具有PDMS薄膜结构的树脂模具中,送入100℃烘箱烘烤2h,冷却至室温后脱模; 设置旋涂仪旋转速度2000rmin,旋涂时间60s,在高弹稳变层单面均匀涂覆导电银层,制成高弹稳变层及其导电层; 步骤三、可调谐粘弹性导电海绵的制备: 将三聚氰胺海绵切割至尺寸为16mm×16mm×5mm,浸泡在无水乙醇中超声清洗20min,将无水乙醇用棉布挤压干净后,浸泡在纯净水中超声清洗20min,放置干燥器内室温烘干; 将0.02g羧甲基纤维素CMC加入至20ml纯净水中,搅拌溶解20min,加入0.15g碳纳米管MWCNT和0.15g炭黑CB,使用磁力搅拌仪室温搅拌30min至均匀混合,制成导电混悬液; 将海绵完全浸没在导电混悬液中,120℃水浴加热3h,取出导电海绵后,放置60℃干燥器内烤干3h,至其完全干燥,制成可调谐粘弹性导电海绵; 步骤四、封装: 将上述柔性传感器的结构,按照高弹稳变层、振动传递层与频率识别层的顺序封装,导电铜线连接在高弹稳变层导电层中心位置,以导电银浆为粘结剂,至导电银浆干透,制成具有频率选择性功能的粘弹性可调仿生柔性传感器。
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