復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件及其研制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件及其研制方法，屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】。該敏感元件包括位移敏感層、壓力敏感層和絕緣封裝層。位移敏感層由覆合在聚酰亞胺薄膜上的銅箔線圈構(gòu)成；壓力敏感層由嵌入在聚二甲基硅氧烷內(nèi)部的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料構(gòu)成；封裝層由硫化在位移敏感層和壓力敏感層外部的柔性高分子材料構(gòu)成。通過檢測銅箔線圈的阻抗變化來獲取壓力與位移信息。本發(fā)明研制的復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件具有壓力測量和非接觸式位移測量的雙重功能，可應(yīng)用于多敏感功能電子皮膚研制或智能制造全流程中整機(jī)及成套裝備的狹小曲面層間壓力測量和非接觸式位移測量等領(lǐng)域。
【專利說明】復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件及其研制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到柔軟壓力與位移傳感器的研制。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能制造全流程中整機(jī)及成套裝備的很多關(guān)鍵核心部件和關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件的形狀越來越復(fù)雜，其裝配和定位精度的要求也越來越高。為了提高重大設(shè)備的裝配速度、獲得最佳裝配狀態(tài)以及保證產(chǎn)品儲(chǔ)備安全性，需要測量回轉(zhuǎn)曲面之間的壓力與位移，但是受到現(xiàn)場空間結(jié)構(gòu)尺寸和被測環(huán)境、介質(zhì)等特殊條件的限制，很難安裝傳統(tǒng)的剛性傳感器。因此，迫切需要一種纖薄柔軟的傳感器，可以柔順地貼附在零部件的曲面上完成層間壓力與位移的測量任務(wù)。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是一種新型功能材料，不但具有柔韌性，而且其電阻隨壓力呈規(guī)律性變化。因此，這種復(fù)合材料可作為柔性壓力傳感器的敏感材料，但是這種方法無法完成非接觸式位移測量。另一方面，利用平面線圈的電渦流效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)非接觸式位移測量，但這種方法無法實(shí)現(xiàn)壓力測量。目前，國內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)一般采用上述兩套傳感系統(tǒng)來完成壓力測量與非接觸式位移測量，因此需兩種傳感探頭和兩套信號(hào)處理系統(tǒng)，故而限制了其在狹小曲面層間壓力位移測量等方面的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件及其研制方法。所述的復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件包括位移敏感層、壓力敏感層和絕緣封裝層，位移敏感層由覆合在聚酰亞胺薄膜上的銅箔線圈構(gòu)成，壓力敏感層由嵌入在聚二甲基硅氧烷內(nèi)部的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片構(gòu)成，絕緣封裝層由硫化在位移敏感層和壓力敏感層外部的高分子材料構(gòu)成，通過獲取所述銅箔線圈的阻抗變化來實(shí)現(xiàn)壓力測量與非接觸式位移測量。
[0004]本發(fā)明所述的復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的研制方法，技術(shù)方案如下:
[0005]在聚酰亞胺薄膜上開過孔，在聚酰亞胺薄膜的正反表面及過孔上覆合銅箔，對(duì)正面銅箔進(jìn)行光刻，形成以所述過孔為中心的銅箔線圈，在銅箔線圈的端側(cè)形成邊緣引線，對(duì)反面銅箔進(jìn)行光刻，形成中心引線，進(jìn)而完成位移敏感層的制備；將納米導(dǎo)電粉末、液態(tài)高分子材料按一定比例混合，并將其加入到有機(jī)溶劑中形成納米導(dǎo)電粉末/液態(tài)高分子材料/有機(jī)溶劑混合溶液，對(duì)所述的納米導(dǎo)電粉末/液態(tài)高分子材料/有機(jī)溶劑混合溶液進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)輔以超聲振蕩，使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，有機(jī)溶劑揮發(fā)后，將納米導(dǎo)電粉末/液態(tài)高分子材料混合物滴在以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的勻膠臺(tái)的轉(zhuǎn)盤上，形成所需厚度的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片，并將其裁剪為所需尺寸備用，在聚二甲基硅氧烷中加入交聯(lián)劑，攪拌后形成粘稠物，將部分粘稠物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片置于這層粘稠物之上，再將剩余的粘稠物涂覆在所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片之上，形成聚二甲基硅氧烷/導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片/聚二甲基硅氧烷的三明治結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的三明治結(jié)構(gòu)擠壓為所需厚度的薄膜，硫化成型后即完成壓力敏感層的制備；在液態(tài)高分子材料中加入交聯(lián)劑，攪拌后形成膠狀物，將部分膠狀物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的位移敏感層置于這層膠狀物之上，再將壓力敏感層置于位移敏感層之上，并確保導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片的中心軸線與銅箔線圈的中心軸線相重合，然后將剩余的膠狀物涂覆在壓力敏感層之上，形成高分子材料/壓力敏感層/位移敏感層/高分子材料的多層結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的多層結(jié)構(gòu)擠壓為所需厚度的薄膜，待高分子材料硫化成型后形成絕緣封裝層，進(jìn)而完成復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的制備。
[0006]采用本發(fā)明所提出的方法研制的復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的工作方式及原理說明如下:
[0007]導(dǎo)電粉末在高分子基體中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因而由導(dǎo)電高分子復(fù)合材料構(gòu)成的壓力敏感層相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)電目標(biāo)物。當(dāng)對(duì)銅箔線圈通以交變電流I1時(shí)，在其周圍產(chǎn)生交變的磁場H1，使由導(dǎo)電高分子復(fù)合材料構(gòu)成的壓力敏感層中產(chǎn)生感應(yīng)電流I2，進(jìn)而產(chǎn)生新的交變磁場H2 ;同時(shí)，在金屬目標(biāo)物中產(chǎn)生感應(yīng)電流I3，進(jìn)而產(chǎn)生新的交變磁場H3。這將導(dǎo)致銅箔線圈的等效阻抗發(fā)生變化。銅箔線圈的等效阻抗與以下因素有關(guān):壓力敏感層和金屬目標(biāo)物的材質(zhì)、銅箔線圈和目標(biāo)物的尺寸、激勵(lì)信號(hào)頻率和提離(金屬目標(biāo)物與復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件之間的距離)。如果只改變提離，保持其他參數(shù)不變，則銅箔線圈的等效阻抗就只與提離有關(guān)，通過檢測銅箔線圈等效阻抗的變化，就可得到提離，進(jìn)而完成非接觸式位移測量。當(dāng)金屬目標(biāo)物與復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件發(fā)生擠壓時(shí)，壓力敏感層發(fā)生形變，導(dǎo)致導(dǎo)電高分子復(fù)合材料內(nèi)部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，進(jìn)而使I2和H2等關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致銅箔線圈的等效阻抗也發(fā)生變化，也就是說，壓力與銅箔線圈的等效阻抗之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，通過檢測銅箔線圈的等效阻抗，可獲知壓力信息。
[0008]本發(fā)明的特點(diǎn)及效果:
[0009]本發(fā)明研制的復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的壓力敏感層中的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片與位移敏感層中的銅箔線圈不發(fā)生直接接觸，通過獲取所述銅箔線圈的阻抗變化來實(shí)現(xiàn)壓力測量與非接觸式位移測量。因此，僅由一套傳感探頭及其信號(hào)處理系統(tǒng)即可完成壓力測量與非接觸式位移測量，故而節(jié)省了安裝空間；又由于該復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的厚度薄、柔性高，因此該復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件可柔順地貼敷在狹小曲面層間完成測量任務(wù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為銅猜線圈的俯視不意圖。
[0012]圖1中，I代表聚酰亞胺薄膜，2代表聚酰亞胺薄膜上的過孔，3代表銅箔線圈，4代表邊緣引線，5代表中心引線，6代表導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片，7代表聚二甲基硅氧烷，8代表由高分子材料構(gòu)成的絕緣封裝層。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明提出的復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的研制方法:[0014]在聚酰亞胺薄膜I上開過孔2，在聚酰亞胺薄膜I的正反表面及過孔上覆合銅箔，對(duì)正面銅箔進(jìn)行光刻，形成以所述過孔為中心的銅箔線圈3，在銅箔線圈3的端側(cè)形成邊緣引線4，對(duì)反面銅箔進(jìn)行光刻，形成中心引線5，進(jìn)而完成位移敏感層的制備，銅箔線圈3的形狀可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求設(shè)計(jì)為圓形或方形等形狀，如圖2所示；將納米導(dǎo)電粉末、液態(tài)高分子材料按一定比例混合，并將其加入到有機(jī)溶劑中形成納米導(dǎo)電粉末/液態(tài)高分子材料/有機(jī)溶劑混合溶液，對(duì)所述的納米導(dǎo)電粉末/液態(tài)高分子材料/有機(jī)溶劑混合溶液進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)輔以超聲振蕩，使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，有機(jī)溶劑揮發(fā)后，將納米導(dǎo)電粉末/液態(tài)高分子材料混合物滴在以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的勻膠臺(tái)的轉(zhuǎn)盤上，形成所需厚度的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片6，并將其裁剪為所需尺寸備用，在聚二甲基硅氧烷中加入交聯(lián)劑，攪拌后形成粘稠物，將部分粘稠物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片6置于這層粘稠物之上，再將剩余的粘稠物涂覆在所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片6之上，形成聚二甲基硅氧烷7 /導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片6 /聚二甲基硅氧烷7的三明治結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的三明治結(jié)構(gòu)擠壓為所需厚度的薄膜，硫化成型后即完成壓力敏感層的制備；在液態(tài)高分子材料中加入交聯(lián)劑，攪拌后形成膠狀物，將部分膠狀物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的位移敏感層置于這層膠狀物之上，再將壓力敏感層置于位移敏感層之上，并確保導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片6的中心軸線與銅箔線圈的中心軸線相重合，然后將剩余的膠狀物涂覆在壓力敏感層之上，形成高分子材料/壓力敏感層/位移敏感層/高分子材料的多層結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的多層結(jié)構(gòu)擠壓為所需厚度的薄膜，待高分子材料硫化成型后形成絕緣封裝層8，進(jìn)而完成復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的制備。
[0015]實(shí)施例1
[0016]在厚度為12.5微米的聚酰亞胺薄膜上開孔徑為300微米的過孔，在聚酰亞胺薄膜的正反表面及過孔上覆合厚度為10微米的銅箔，對(duì)正面銅箔進(jìn)行光刻，形成以所述過孔為中心的銅箔線圈，在銅箔線圈的端側(cè)形成邊緣引線，對(duì)反面銅箔進(jìn)行光刻，形成中心引線5，進(jìn)而完成位移敏感層的制備，銅箔線圈的形狀為圓形，圈數(shù)為50、線寬為0.15微米、線距為
0.3微米，將長徑比為100的碳納米管粉末、聚二甲基硅氧烷按0.04: I的質(zhì)量比混合，并將其加入到正己烷中形成碳納米管/聚二甲基硅氧烷/正己烷混合溶液，對(duì)所述的碳納米管/聚二甲基硅氧烷/正己烷混合溶液進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)輔以超聲振蕩，使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，正己烷揮發(fā)后，將碳納米管/聚二甲基硅氧烷混合物滴在以300rpm轉(zhuǎn)動(dòng)的勻膠臺(tái)的轉(zhuǎn)盤上，形成所厚度為60微米的碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片，并將其長與寬分別裁剪為3毫米和5毫米，在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成粘稠物，將部分粘稠物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片置于這層粘稠物之上，再將剩余的粘稠物涂覆在所述的碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片之上，形成聚二甲基硅氧烷/碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片/聚二甲基硅氧烷的三明治結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的三明治結(jié)構(gòu)擠壓為100微米的薄膜，硫化成型后即完成壓力敏感層的制備；在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成膠狀物，將部分膠狀物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的位移敏感層置于這層膠狀物之上，再將壓力敏感層置于位移敏感層之上，并確保碳納米管填充聚二甲基硅氧烷薄片的中心軸線與銅箔線圈的中心軸線相重合，然后將剩余的膠狀物涂覆在壓力敏感層之上，形成聚二甲基硅氧烷/壓力敏感層/位移敏感層/聚二甲基硅氧烷的多層結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的多層結(jié)構(gòu)擠壓為厚度為200微米的薄膜，待聚二甲基硅氧烷硫化成型后形成絕緣封裝層，進(jìn)而完成復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的制備。
[0017]實(shí)施例2
[0018]在厚度為12.5微米的聚酰亞胺薄膜上開孔徑為300微米的過孔，在聚酰亞胺薄膜的正反表面及過孔上覆合厚度為10微米的銅箔，對(duì)正面銅箔進(jìn)行光刻，形成以所述過孔為中心的銅箔線圈，在銅箔線圈的端側(cè)形成邊緣引線，對(duì)反面銅箔進(jìn)行光刻，形成中心引線5，進(jìn)而完成位移敏感層的制備，銅箔線圈的形狀為圓形，圈數(shù)為80、線寬為0.3微米、線距為
0.3微米，將比表面積為50平方米/克的石墨烯粉末、聚乙烯按0.04: I的質(zhì)量比混合，并將其加入到正己烷中形成石墨烯/聚乙烯/正己烷混合溶液，對(duì)所述的石墨烯/聚乙烯/正己烷混合溶液進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)輔以超聲振蕩，使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，正己烷揮發(fā)后，將石墨烯/聚乙烯混合物滴在以400rpm轉(zhuǎn)動(dòng)的勻膠臺(tái)的轉(zhuǎn)盤上，形成所厚度為50微米的石墨烯填充聚乙烯復(fù)合材料薄片，并將其長與寬分別裁剪為5毫米和5毫米，在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成粘稠物，將部分粘稠物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的石墨烯填充聚乙烯復(fù)合材料薄片置于這層粘稠物之上，再將剩余的粘稠物涂覆在所述的石墨烯填充聚乙烯復(fù)合材料薄片之上，形成聚二甲基硅氧烷/石墨烯填充聚乙烯復(fù)合材料薄片/聚二甲基硅氧烷的三明治結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的三明治結(jié)構(gòu)擠壓為所80微米厚的薄膜，硫化成型后即完成壓力敏感層的制備；在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成膠狀物，將部分膠狀物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的位移敏感層置于這層膠狀物之上，再將壓力敏感層置于位移敏感層之上，并確保石墨烯填充聚乙烯復(fù)合材料薄片的中心軸線與銅箔線圈的中心軸線相重合，然后將剩余的膠狀物涂覆在壓力敏感層之上，形成聚二甲基硅氧烷/壓力敏感層/位移敏感層/聚二甲基硅氧烷的多層結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的多層結(jié)構(gòu)擠壓為厚度為150微米的薄膜，待聚二甲基硅氧烷硫化成型后形成絕緣封裝層，進(jìn)而完成復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的制備。
[0019]實(shí)施例3
[0020]在厚度為12.5微米的聚酰亞胺薄膜上開孔徑為300微米的過孔，在聚酰亞胺薄膜的正反表面及過孔上覆合厚度為10微米的銅箔，對(duì)正面銅箔進(jìn)行光刻，形成以所述過孔為中心的銅箔線圈，在銅箔線圈的端側(cè)形成邊緣引線，對(duì)反面銅箔進(jìn)行光刻，形成中心引線5，進(jìn)而完成位移敏感層的制備，銅箔線圈的形狀為圓形，圈數(shù)為60、線寬為0.15微米、線距為
0.15微米，將比表面積為780平方米/克的炭黑粉末、樹脂按0.06: I的質(zhì)量比混合，并將其加入到正己烷中形成炭黑/樹脂/正己烷混合溶液，對(duì)所述的炭黑/樹脂/正己烷混合溶液進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)輔以超聲振蕩，使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，正己烷揮發(fā)后，將炭黑/樹脂混合物滴在以200rpm轉(zhuǎn)動(dòng)的勻膠臺(tái)的轉(zhuǎn)盤上，形成所厚度為70微米的炭黑填充樹脂復(fù)合材料薄片，并將其長與寬分別裁剪為3毫米和3毫米，在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成粘稠物，將部分粘稠物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的炭黑填充樹脂復(fù)合材料薄片置于這層粘稠物之上，再將剩余的粘稠物涂覆在所述的炭黑填充樹脂復(fù)合材料薄片之上，形成聚二甲基硅氧烷/炭黑填充樹脂復(fù)合材料薄片/聚二甲基硅氧烷的三明治結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的三明治結(jié)構(gòu)擠壓為所120微米厚的薄膜，硫化成型后即完成壓力敏感層的制備；在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成膠狀物，將部分膠狀物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的位移敏感層置于這層膠狀物之上，再將壓力敏感層置于位移敏感層之上，并確保炭黑填充樹脂復(fù)合材料薄片的中心軸線與銅箔線圈的中心軸線相重合，然后將剩余的膠狀物涂覆在壓力敏感層之上，形成聚二甲基硅氧烷/壓力敏感層/位移敏感層/聚二甲基硅氧烷的多層結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的多層結(jié)構(gòu)擠壓為厚度為250微米的薄膜，待聚二甲基硅氧烷硫化成型后形成絕緣封裝層，進(jìn)而完成復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的制備。
[0021]實(shí)施例4
[0022]在厚度為12.5微米的聚酰亞胺薄膜上開孔徑為300微米的過孔，在聚酰亞胺薄膜的正反表面及過孔上覆合厚度為10微米的銅箔，對(duì)正面銅箔進(jìn)行光刻，形成以所述過孔為中心的銅箔線圈，在銅箔線圈的端側(cè)形成邊緣引線，對(duì)反面銅箔進(jìn)行光刻，形成中心引線5，進(jìn)而完成位移敏感層的制備，銅箔線圈的形狀為圓形，圈數(shù)為90、線寬為0.15微米、線距為
0.15微米，將長徑比為330的碳納米管粉末、聚二甲基硅氧烷按0.03:1的質(zhì)量比混合，并將其加入到正己烷中形成碳納米管/聚二甲基硅氧烷/正己烷混合溶液，對(duì)所述的碳納米管/聚二甲激硅氧烷/正己烷混合溶液進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)輔以超聲振蕩，使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，正己烷揮發(fā)后，將碳納米管/聚二甲基硅氧烷混合物滴在以400rpm轉(zhuǎn)動(dòng)的勻膠臺(tái)的轉(zhuǎn)盤上，形成所厚度為40微米的碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片，并將其長與寬分別裁剪為3毫米和3毫米，在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成粘稠物，將部分粘稠物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片置于這層粘稠物之上，再將剩余的粘稠物涂覆在所述的碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片之上，形成聚二甲基硅氧烷/碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片/聚二甲基硅氧烷的三明治結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的三明治結(jié)構(gòu)擠壓為90微米的薄膜，硫化成型后即完成壓力敏感層的制備；在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成膠狀物，將部分膠狀物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的位移敏感層置于這層膠狀物之上，再將壓力敏感層置于位移敏感層之上，并確保碳納米管填充聚二甲基硅氧烷薄片的中心軸線與銅箔線圈的中心軸線相重合，然后將剩余的膠狀物涂覆在壓力敏感層之上，形成聚二甲基硅氧烷/壓力敏感層/位移敏感層/聚二甲基硅氧烷的多層結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的多層結(jié)構(gòu)擠壓為厚度為140微米的薄膜，待聚二甲基硅氧烷硫化成型后形成絕緣封裝層，進(jìn)而完成復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的制備。
[0023]實(shí)施例5
[0024]在厚度為12.5微米的聚酰亞胺薄膜上開孔徑為300微米的過孔，在聚酰亞胺薄膜的正反表面及過孔上覆合厚度為10微米的銅箔，對(duì)正面銅箔進(jìn)行光刻，形成以所述過孔為中心的銅箔線圈，在銅箔線圈的端側(cè)形成邊緣引線，對(duì)反面銅箔進(jìn)行光刻，形成中心引線5，進(jìn)而完成位移敏感層的制備，銅箔線圈的形狀為圓形，圈數(shù)為120、線寬為0.3微米、線距為0.3微米，將長徑比為100的碳納米管粉末、聚二甲基硅氧烷按0.04:1的質(zhì)量比混合，并將其加入到正己烷中形成碳納米管/聚二甲基硅氧烷/正己烷混合溶液，對(duì)所述的碳納米管/聚二甲基硅氧烷/正己烷混合溶液進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)輔以超聲振蕩，使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，正己烷揮發(fā)后，將碳納米管/聚二甲基硅氧烷混合物滴在以300rpm轉(zhuǎn)動(dòng)的勻膠臺(tái)的轉(zhuǎn)盤上，形成所厚度為50微米的碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片，并將其長與寬分別裁剪為5毫米和5毫米，在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成粘稠物，將部分粘稠物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片置于這層粘稠物之上，再將剩余的粘稠物涂覆在所述的碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片之上，形成聚二甲基硅氧烷/碳納米管填充聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料薄片/聚二甲基硅氧烷的三明治結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的三明治結(jié)構(gòu)擠壓為100微米的薄膜，硫化成型后即完成壓力敏感層的制備；在聚二甲基硅氧烷中加入正硅酸乙酯，攪拌后形成膠狀物，將部分膠狀物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的位移敏感層置于這層膠狀物之上，再將壓力敏感層置于位移敏感層之上，并確保碳納米管填充聚二甲基硅氧烷薄片的中心軸線與銅箔線圈的中心軸線相重合，然后將剩余的膠狀物涂覆在壓力敏感層之上，形成聚二甲基硅氧烷/壓力敏感層/位移敏感層/聚二甲基硅氧烷的多層結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的多層結(jié)構(gòu)擠壓為厚度為180微米的薄膜，待聚二甲基硅氧烷硫化成型后形成絕緣封裝層，進(jìn)而完成復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的制備。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件，其特征在于，所述的復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件包括位移敏感層、壓力敏感層和絕緣封裝層，位移敏感層由覆合在聚酰亞胺薄膜上的銅箔線圈構(gòu)成，壓力敏感層由嵌入在聚二甲基硅氧烷內(nèi)部的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片構(gòu)成，絕緣封裝層由硫化在位移敏感層和壓力敏感層外部的高分子材料構(gòu)成，通過獲取所述銅箔線圈的阻抗變化來實(shí)現(xiàn)壓力測量與非接觸式位移測量。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的研制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:在聚酰亞胺薄膜上開過孔，在聚酰亞胺薄膜的正反表面及過孔上覆合銅箔，對(duì)正面銅箔進(jìn)行光刻，形成以所述過孔為中心的銅箔線圈，在銅箔線圈的端側(cè)形成邊緣引線，對(duì)反面銅箔進(jìn)行光刻，形成中心引線，進(jìn)而完成位移敏感層的制備；將納米導(dǎo)電粉末、液態(tài)高分子材料按一定比例混合，并將其加入到有機(jī)溶劑中形成納米導(dǎo)電粉末/液態(tài)高分子材料/有機(jī)溶劑混合溶液，對(duì)所述的納米導(dǎo)電粉末/液態(tài)高分子材料/有機(jī)溶劑混合溶液進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)輔以超聲振蕩，使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，有機(jī)溶劑揮發(fā)后，將納米導(dǎo)電粉末/液態(tài)高分子材料混合物滴在以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的勻膠臺(tái)的轉(zhuǎn)盤上，形成所需厚度的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片，并將其裁剪為所需尺寸備用，在聚二甲基硅氧烷中加入交聯(lián)劑，攪拌后形成粘稠物，將部分粘稠物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片置于這層粘稠物之上，再將剩余的粘稠物涂覆在所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片之上，形成聚二甲基硅氧烷/導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片/聚二甲基硅氧烷的三明治結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的三明治結(jié)構(gòu)擠壓為所需厚度的薄膜，硫化成型后即完成壓力敏感層的制備；在液態(tài)高分子材料中加入交聯(lián)劑，攪拌后形成膠狀物，將部分膠狀物涂覆在微機(jī)控制升降臺(tái)的下平臺(tái)之上，并將所述的位移敏感層置于這層膠狀物之上，再將壓力敏感層置于位移敏感層之上，并確保導(dǎo)電高分子復(fù)合材料薄片的中心軸線與銅箔線圈的中心軸線相重合，然后將剩余的膠狀物涂覆在壓力敏感層之上，形成高分子材料/壓力敏感層/位移敏感層/高分子材料的多層結(jié)構(gòu)，通過微機(jī)控制使升降臺(tái)的上平臺(tái)的向下移動(dòng)，將所述的多層結(jié)構(gòu)擠壓為所需厚度的薄膜，待高分子材料硫化成型后形成絕緣封裝層，進(jìn)而完成復(fù)合型柔軟壓力位移敏感元件的制備。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK103743438SQ201310756693
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】王璐珩 申請(qǐng)人:東北大學(xué)