一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器

摘要

本发明一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器，包括传感主体材料，封装材料，电极和柔性聚合物基体。本发明专利采用的主体材料是单根超长的碲微米线，不同于以往的半导体材料，主要是在很小的电压下，有应变存在时电流响应性高，适于检测，而且采用柔性基体，可以实现很大的应变范围。可用于材料基体损伤时的检测，不同方向的压应力应变检测。

权利要求

1.一种柔性应变传感器，该柔性应变传感器包括柔性聚合物基体，设置在所述柔性聚合物基体上的主体材料，以及主体材料的两端电极和用于封装的封装材料，其中，所述主体材料是采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线， 长度在1-5个毫米，直径为30-50微米；所述电极为银浆或导电胶，其特征在于，所述采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线的工艺的具体步骤如下：步骤1.将0.001mol的二氧化碲或碲酸钠溶于30ml的浓度为 

1mol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中，得到A混合液，备用；

步骤2.将0.15g的硼氢化钠溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中，置于烧杯中，加入0.5g十二烷基磺酸，充分搅拌，得到B混合液，备用；

步骤3.将A混合液与 B混合液混合后，充分搅拌，倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中，加入去离子水稀释到80ml，盖上盖，放入不锈钢反应釜中，在温度为175℃-185℃反应20-24小时，反应结束后，洗涤，过滤，干燥得到碲微米线。

2.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述封装材料为环氧树脂或聚二甲基硅氧烷。

3.根据权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：所述柔性聚合物基体为聚乙烯PS，聚丙烯PP或聚偏氟乙烯PVDF。

说明书

一种基于超长碲微米线的柔性应变传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种传感装置，尤其涉及一种基于超长半导体碲微米线的柔性应变传感器。

背景技术

[0002] 应变传感器被广泛应用在微电机系统，材料损伤检测，生命科学等。主要利用的是材料的压阻效应和压电效应。压阻效应是指材料在受到压力的时候，电阻发生变化。压电效应是由于受压力后，电荷的极化产生电压。压电材料主要检测电压，但是往往电压很小，而且还要施加很大的压应力。压阻材料中主要用半导体材料，导电性较好的半导体材料，在受到压应力的时候，电阻变化，电流信号容易被检测。

[0003] 碲（Te）是一种p型元素半导体材料，其是导电性最好的非金属材料，能带宽度极小，容易在外界物理条件下，发生电阻的转变。一维取向的碲材料可以通过水热法合成。有很多学者成功合成了碲纳米线或纳米棒，本发明合成了超长的碲微米线，利用其半导体压阻效应，制备成功应变传感器。

[0004] 压阻材料是在受到压应变时产生电阻的变化，如氧化锌，氮化镓等材料。碲能带宽度较这些材料小，导电性也较这些材料好。其可以在很小的电压下就可以检测出有无电流变化，从而确定应变的发生。在微电机系统和材料的损伤检测，测力，重量中都可以发挥更好的用处。

[0005] 现有的电阻应变片的基本构造一般由敏感栅、基底、盖片、引线等组成。敏感栅由高电阻系数的细丝弯曲而成栅状，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。装置复杂，成本较高。并且对应变的方向有严格要求，需要在一定方向上使敏感栅发生形变，而且形变变化量要求高。本发明的柔性应变传感器，在发生压缩应变和拉伸应变，以及从各个方向只要有应变发生，均有电流的变化。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于解决现有技术的问题，而提供一种检测微小应变的柔性应变传感器。

[0007] 本发明的技术方案是：一种柔性应变传感器，该柔性应变传感器包括柔性聚合物基体，设置在所述性聚合物基体上的主体材料，以及主体材料的两端电极和封装材料，其中，所述主体材料是采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线，长度在1-5个毫米，直径为30-50个微米；所述电极为银浆或导电胶。

[0008] 进一步，所述封装材料为环氧树脂或聚二甲基硅氧烷。

[0009] 进一步，所述柔性聚合物基体为聚乙烯PS，聚丙烯PP或聚偏氟乙烯PVDF。

[0010] 进一步，所述采用水热法合成单根超长的碲半导体微米线的具体步骤如下：

[0011] 步骤1.将0.001mol的二氧化碲或碲酸钠溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中，得到A混合液，备用；

[0012] 步骤2.将0.15g的硼氢化钠或硼氢化钾溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中，置于烧杯中，加入0.5g十二烷基磺酸钠，充分搅拌，得到B混合液，备用；

[0013] 步骤3.将A混合液与 B混合液混合后，充分搅拌，倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中，加入去离子水稀释到80ml，盖上盖，放入不锈钢反应釜中，在温度为175℃-185℃反应20-24小时，反应结束后，洗涤，过滤，干燥得到碲微米线。

[0014] 本发明具有以下效果：

[0015] 1）本发明所提供的测试装置可以实现在不同环境下，发生的微小应变进行检测，并实时判断应变的增减。

[0016] 2）本发明所提供的应变传感材料制备简单，成本较低。加入量均是适用于容积为100ml的聚四氟乙烯的内衬。

附图说明

[0017] 图1为本发明中单根半导体碲微米线电子显微镜图片。

[0018] 图2为本发明柔性应变传感器的结构示意图。

[0019] 图3为本发明柔性应变传感器实施应变时的电流响应曲线。

[0020] 图中：

[0021] 1.超长单根碲微米线，2.封装材料，3.电极材料，4.柔性聚合物基体。

具体实施方式

[0022] 以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

[0023] 本发明中超长的碲微米线用水热法制备，步骤1.将0.001mol的二氧化碲溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中，得到A混合液，备用；

[0024] 步骤2.将0.15g的硼氢化钠溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中，置于烧杯中，加入0.5g十二烷基磺酸，充分搅拌，得到B混合液，备用；

[0025] 步骤3.将A混合液与 B混合液混合后，充分搅拌，倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中，加入去离子水稀释到80ml，盖上盖，放入不锈钢反应釜中，在温度为185℃反应24小时，反应结束后，洗涤，过滤，干燥得到碲微米线。附图1即为产物的扫描电镜图，其长度在3毫米，直径为30微米。

[0026] 步骤1.将0.001mol的碲酸钠溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中置于烧杯中，得到A混合液，备用；

[0027] 步骤2.将0.15g的硼氢化钾溶于30ml的浓度为 1mol/L的氢氧化钠溶液中，置于烧杯中，加入0.5g十二烷基磺酸，充分搅拌，得到B混合液，备用；

[0028] 步骤3.将A混合液与 B混合液混合后，充分搅拌，倒入100ml聚四氟乙烯的内衬中，加入去离子水稀释到80ml，盖上盖，放入不锈钢反应釜中，在温度为175℃反应20小时，反应结束后，洗涤，过滤，干燥得到碲微米线。

[0029] 本发明的柔性应变传感器器件按照下述步骤制备。基体材料PS、PP、PVDF可以由热压相应粉料制备。尺寸可以根据需要更改，本说明书中器件基体尺寸为40mm×4mm×1mm。将超长的碲微米线用镊子放置于聚合物基体材料上。两端用电极材料如银浆进行粘接，并于100℃真空退火。之后用环氧树脂或聚二甲基硅氧烷进行常温封装。附图2即为柔性应变传感器的示意图。

[0030] 本发明中的柔性应变传感器，接在电压为1V的电路中，在受到应变时，例如压缩应变时，由于压阻效应而电阻变小，其电流成倍增加，并且随着应变量的增大而增大，随着应变量的减小而减小。附图3即为此柔性应变传感器发生应变时的电流响应曲线。