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专利号: 2020100383729
申请人: 中国农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-05-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种柔性传感器,其特征在于,包括:基底层、电极层和感知层,所述电极层位于所述基底层和所述感知层之间;

所述基底层为柔性基底材料制成;

所述电极层为通过将金属纳米导电油墨用喷墨打印的方式沉积在所述基底层上表面形成的;

所述感知层为通过将敏感材料用点胶或者刮涂的方式涂抹在所述电极层上表面形成的。

2.根据权利要求1所述的柔性传感器,其特征在于,

所述柔性基底材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、氧化铟锡、纸张、纤维织物或金属箔中的一种;

所述基底层的厚度为0.05~0.25mm;

所述感知层的厚度为1~5mm;

所述金属纳米导电油墨中的有效粒子为银纳米粒子、金纳米粒子或者铜纳米粒子。

3.一种柔性传感器的制备方法,其特征在于,包括:

生成基底层;将金属纳米导电油墨用喷墨打印的方式沉积在所述基底层上表面生成电极层;将敏感材料用点胶或者刮涂的方式涂抹在所述电极层上表面生成感知层;所述基底层、所述电极层和所述感知层构成柔性传感器初结构;

利用梯度升温固化烧结方法对所述柔性传感器初结构进行固化烧结,获取所述柔性传感器。

4.根据权利要求3所述的柔性传感器的制备方法,其特征在于,所述利用梯度升温固化烧结方法对所述柔性传感器初结构进行固化烧结,包括预热阶段、梯度升温阶段和保温阶段;

所述预热阶段,包括:将所述柔性传感器初结构移至热处理平台上,保持预热温度为喷墨打印所述电极层时的打印温度,直至所述导电层金属纳米油墨和感知层敏感材料完全铺展开,且金属纳米油墨、基底材料和外界环境三者之间形成稳态平衡并初步开始凝固;

所述梯度升温阶段,包括:设置每个梯度升温子阶段的升温速率以及升温时间,依次升温直至将所述柔性传感器初结构加热到阈值温度;

所述保温阶段,包括:保持所述阈值温度,直至所述电极层内部完全烧结为止。

5.根据权利要求4所述的柔性传感器的制备方法,其特征在于,所述升温速率均小于20℃/min。

6.根据权利要求4所述的柔性传感器的制备方法,其特征在于,所述阈值温度为所述基底层所能承受的最高温度和所述金属纳米导电油墨最高烧结温度中的最小值。

7.根据权利要求3所述的柔性传感器的制备方法,其特征在于,在进行柔性传感器的制备之前,还包括:构建传感器关键参数预测模型,并基于所述关键参数预测模型,根据待制备柔性传感器的特征信息以及适用场景,确定所述待制备柔性传感器的关键参数集合,并优化所述待制备柔性传感器的工艺流程。

8.根据权利要求7所述的柔性传感器的制备方法,其特征在于,所述构建传感器关键参数预测模型,包括:以柔性传感器的工艺参数集合为可控变量、以柔性传感器的关键参数为随机变量,构建关键参数预测原始模型;

无差别随机测量所述工艺参数集,构建工艺参数集矩阵;

将所述工艺参数集矩阵进行多维数据映射到列向量,获取所述工艺参数集中每个工艺参数的参数向量;

根据每个所述工艺参数的参数向量,确定所述关键参数预测原始模型中工艺参数集中各工艺参数的相对权重系数和自权重系数,构建所述传感器关键参数预测模型。

9.根据权利要求8所述的柔性传感器的制备方法,其特征在于,在所述构建所述传感器关键参数预测模型之后,还包括:对所述传感器关键参数预测模型进行修正,包括误差修正和温度系数修正。

10.一种提高如权利要求1所述的柔性传感器灵敏度的方法,其特征在于,包括:用纳米金属导电粒子通路将所述柔性传感器的电极层、输入信号源、输出信号源以及多个标称电阻相连接构成电路层,所述电路层位于所述基底层和所述感知层之间;

第一标称电阻的一端、第三标称电阻的一端以及所述输入信号源的一端相连接;

所述第一标称电阻的另一端与所述电极层的一端以及所述输出信号源的一端相连接;

所述第二标称电阻的另一端与所述第三标称电阻的一端以及所述输出信号源的另一端相连接;

所述电极层的另一端与所述第三标称电阻的另一端以及所述输入信号源的另一端相连接。

11.根据权利要求10所述的提高如权利要求1所述的柔性传感器灵敏度的方法,其特征在于,所述第一标称电阻、所述第二标称电阻和所述第三标称电阻的规格型号相同。