CN106568378A - 一种贴附式曲率半径测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种贴附式曲率半径测量方法，能够在不受外界震动影响、不损伤被测表面条件下，通过将柔性导电复合薄膜贴附于待测曲面，实现对待测曲面曲率半径的简单、快速测量，此外，通过本发明方法可实时监测物体曲率的动态变化过程。本发明所用柔性导电复合薄膜重复性能优异，多次弯曲测试后性能稳定，不影响曲率半径测量结果的准确性，经试验验证，该柔性导电复合薄膜经过500次重复弯曲后电阻‑曲率半径关系曲线基本保持不变，同时重复使用半年后经过测试，该柔性导电复合薄膜的性能稳定，其电阻变化率‑曲率关系曲线基本保持不变。本发明测量方法简单便捷，其所用柔性导电复合薄膜的制备工艺简单、成本低廉，具有良好的实用价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及曲率半径测量方法，具体涉及一种贴附式曲率半径测量方法。
背景技术
无论是在工业生产还是日常生活中，曲率半径的测量是较为普遍且重要的工作。比如在微细加工技术中，会涉及到各种弯曲工件微小曲率半径的测量。在光学加工领域，比如微型透镜，曲率半径是衡量光学零件的主要技术指标。在工业生产中，工件曲率半径的测量方法主要分为两类：接触法和非接触法。其中接触法需要探头在待测表面滑动，容易引起被测面损伤，并且测量需要较长的时间，不适合快速、大批量的现场检测，也不适合快速的批量检测。非接触测量法主要有自准直显微镜测量法和干涉仪测量法两种方法，要求待测面预先经过抛光，且测试受震动的影响明显，不适合现场的工作环境，设备昂贵，同样不适合快速的批量检测。
另外，近些年来，柔性电子器件、智能可穿戴设备开始兴起，柔性器件弯曲状态的监测将成为区别于传统电子器件的重要参数之一。同时人体肢体弯曲状态的实时监测需求对可穿戴的智能产品功能也提出了新的挑战。因此，探索新的实时曲率半径测量方法具有很大的科学价值和实用价值。
因此，本发明提出了一种贴附式曲率半径测量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种贴附式曲率半径测量方法，能够在不受外界震动影响、不损伤被测表面条件下，通过将柔性导电复合薄膜贴附于待测曲面，实现对待测曲面曲率半径的简单、快速测量，此外，通过本发明方法可实时监测物体曲率的动态变化过程。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种贴附式曲率半径测量方法，包括以下步骤：
（1）准备一块柔性导电复合薄膜，在该柔性导电复合薄膜的两端分别连接一个电极，并将该两个电极连接在一欧姆表上，测量该柔性导电复合薄膜平放时的初始电阻R0；
（2）反复弯曲该柔性导电复合薄膜，测量并记录不同程度弯曲时的柔性导电复合薄膜的曲率半径，同时通过欧姆表测量并记录不同曲率半径下的柔性导电复合薄膜的电阻R，建立该柔性导电复合薄膜的电阻-曲率半径关系曲线，再建立该柔性导电复合薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线，其中电阻变化率为R/R0；
（3）将该柔性导电复合薄膜贴附于待测曲面，测量此时柔性导电复合薄膜的电阻值，并计算此时柔性导电复合薄膜的电阻变化率，再将计算得到的电阻变化率与步骤（2）建立的电阻变化率-曲率关系曲线进行比对，得到待测曲面的曲率，取曲率的倒数，即为待测曲面的曲率半径。
作为优选，所述的柔性导电复合薄膜包括高分子薄膜材料基底及复合于该高分子薄膜材料基底单侧表面的银纳米线导电网络，所述的高分子薄膜材料基底的厚度为0.1~2mm，所述的银纳米线导电网络的面密度为10~300 mg/m2。
作为优选，所述的银纳米线导电网络由直径40~150 nm、长度20~150 μm的银纳米线构成。
作为优选，所述的柔性导电复合薄膜的制备过程为：在平整玻璃基底的单侧表面多次旋涂含有分散均匀的银纳米线的银纳米线乙醇溶液，每次旋涂后将玻璃基底在60~90℃下烘干，旋涂全部结束后，将玻璃基底在150~250 ℃下热处理15~40 min，即在玻璃基底的表面制备得到所述的银纳米线导电网络；然后通过流延法将胶状的高分子薄膜材料涂覆在所述的玻璃基底的设置有银纳米线导电网络的表面，此后在40~120 ℃下热处理30~240min固化成膜，揭膜后即得到所述的柔性导电复合薄膜。
作为优选，所述的高分子薄膜材料为环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的贴附式曲率半径测量方法，能够在不受外界震动影响、不损伤被测表面条件下，通过将柔性导电复合薄膜贴附于待测曲面，实现对待测曲面曲率半径的简单、快速测量，此外，通过本发明方法可实时监测物体曲率的动态变化过程。本发明方法所用柔性导电复合薄膜重复性能优异，多次弯曲测试后性能稳定，不影响曲率半径测量结果的准确性，经试验验证，该柔性导电复合薄膜经过500次重复弯曲后电阻-曲率半径关系曲线基本保持不变，同时重复使用半年后经过测试，该柔性导电复合薄膜的性能稳定，其电阻变化率-曲率关系曲线基本保持不变。本发明测量方法简单便捷，其所用柔性导电复合薄膜的制备工艺简单、成本低廉，具有良好的实用价值和应用前景。
附图说明
图1为建立的实施例1-4中柔性导电复合薄膜的电阻-曲率半径关系曲线；
图2为实施例2中柔性导电复合薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线，其中实线为建立的实施例2中柔性导电复合薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线，虚线为实施例2中柔性导电复合薄膜弯曲多次且重复使用半年后薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线；
图3为实施例2中柔性导电复合薄膜弯曲300次、500次后薄膜电阻率变化情况，以银纳米线/PET电阻率变化作为参考。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1的贴附式曲率半径测量方法，包括以下步骤：
（1）准备一块柔性导电复合薄膜，该柔性导电复合薄膜的制备过程为：取4 cm×4 cm的平整玻璃基底，放入超声清洗机超声10 min后干燥，然后用移液枪取适量含有分散均匀的银纳米线的银纳米线乙醇溶液，在玻璃基底上逐滴添加该银纳米线乙醇溶液，重复旋涂8次，旋涂的转速为1500 rpm，每次旋涂后将玻璃基底在80 ℃下加热30 s烘干，旋涂全部结束后，将玻璃基底在200 ℃下热处理20 min，即在玻璃基底的表面制备得到银纳米线导电网络，测得其面密度为69 mg/m2，方块电阻为31 Ω/□；然后通过流延法将800 mg胶状的环氧树脂涂覆在玻璃基底的设置有银纳米线导电网络的表面，此后在80 ℃的烘箱里热处理120 min固化成膜，揭膜后即得到柔性导电复合薄膜；在该柔性导电复合薄膜的两端分别连接一个电极，并将该两个电极连接在一欧姆表上，测量该柔性导电复合薄膜平放时的初始电阻R0，测得R0=31 Ω；
（2）反复弯曲该柔性导电复合薄膜，测量并记录不同程度弯曲时的柔性导电复合薄膜的曲率半径，同时通过欧姆表测量并记录不同曲率半径下的柔性导电复合薄膜的电阻R，建立该柔性导电复合薄膜的电阻-曲率半径关系曲线，再建立该柔性导电复合薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线，其中电阻变化率为R/R0；
（3）将该柔性导电复合薄膜贴附于待测曲面，测量此时柔性导电复合薄膜的电阻值，并计算此时柔性导电复合薄膜的电阻变化率，再将计算得到的电阻变化率与步骤（2）建立的电阻变化率-曲率关系曲线进行比对，得到待测曲面的曲率，取曲率的倒数，即为待测曲面的曲率半径。
实施例2的贴附式曲率半径测量方法，包括以下步骤：
（1）准备一块柔性导电复合薄膜，该柔性导电复合薄膜的制备过程为：取4 cm×4 cm的平整玻璃基底，放入超声清洗机超声10 min后干燥，然后用移液枪取适量含有分散均匀的银纳米线的银纳米线乙醇溶液，在玻璃基底上逐滴添加该银纳米线乙醇溶液，重复旋涂10次，旋涂的转速为1500 rpm，每次旋涂后将玻璃基底在80 ℃下加热30 s烘干，旋涂全部结束后，将玻璃基底在200 ℃下热处理20 min，即在玻璃基底的表面制备得到银纳米线导电网络，测得其面密度为88 mg/m2，方块电阻为25 Ω/□；然后通过流延法将800 mg胶状的聚苯胺涂覆在玻璃基底的设置有银纳米线导电网络的表面，此后在80 ℃的烘箱里热处理120min固化成膜，揭膜后即得到柔性导电复合薄膜；在该柔性导电复合薄膜的两端分别连接一个电极，并将该两个电极连接在一欧姆表上，测量该柔性导电复合薄膜平放时的初始电阻R0，测得R0=25 Ω；
（2）反复弯曲该柔性导电复合薄膜，测量并记录不同程度弯曲时的柔性导电复合薄膜的曲率半径，同时通过欧姆表测量并记录不同曲率半径下的柔性导电复合薄膜的电阻R，建立该柔性导电复合薄膜的电阻-曲率半径关系曲线，再建立该柔性导电复合薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线，其中电阻变化率为R/R0；
（3）将该柔性导电复合薄膜贴附于待测曲面，测量此时柔性导电复合薄膜的电阻值，并计算此时柔性导电复合薄膜的电阻变化率，再将计算得到的电阻变化率与步骤（2）建立的电阻变化率-曲率关系曲线进行比对，得到待测曲面的曲率，取曲率的倒数，即为待测曲面的曲率半径。
实施例3的贴附式曲率半径测量方法，包括以下步骤：
（1）准备一块柔性导电复合薄膜，该柔性导电复合薄膜的制备过程为：取4 cm×4 cm的平整玻璃基底，放入超声清洗机超声10 min后干燥，然后用移液枪取适量含有分散均匀的银纳米线的银纳米线乙醇溶液，在玻璃基底上逐滴添加该银纳米线乙醇溶液，重复旋涂12次，旋涂的转速为1500 rpm，每次旋涂后将玻璃基底在80 ℃下加热30 s烘干，旋涂全部结束后，将玻璃基底在200 ℃下热处理20 min，即在玻璃基底的表面制备得到银纳米线导电网络，测得其面密度为109 mg/m2，方块电阻为16 Ω/□；然后通过流延法将800 mg胶状的聚甲基丙烯酸甲酯涂覆在玻璃基底的设置有银纳米线导电网络的表面，此后在80 ℃的烘箱里热处理120 min固化成膜，揭膜后即得到柔性导电复合薄膜；在该柔性导电复合薄膜的两端分别连接一个电极，并将该两个电极连接在一欧姆表上，测量该柔性导电复合薄膜平放时的初始电阻R0，测得R0=16 Ω；
（2）反复弯曲该柔性导电复合薄膜，测量并记录不同程度弯曲时的柔性导电复合薄膜的曲率半径，同时通过欧姆表测量并记录不同曲率半径下的柔性导电复合薄膜的电阻R，建立该柔性导电复合薄膜的电阻-曲率半径关系曲线，再建立该柔性导电复合薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线，其中电阻变化率为R/R0；
（3）将该柔性导电复合薄膜贴附于待测曲面，测量此时柔性导电复合薄膜的电阻值，并计算此时柔性导电复合薄膜的电阻变化率，再将计算得到的电阻变化率与步骤（2）建立的电阻变化率-曲率关系曲线进行比对，得到待测曲面的曲率，取曲率的倒数，即为待测曲面的曲率半径。
实施例4的贴附式曲率半径测量方法，包括以下步骤：
（1）准备一块柔性导电复合薄膜，该柔性导电复合薄膜的制备过程为：取4 cm×4 cm的平整玻璃基底，放入超声清洗机超声10 min后干燥，然后用移液枪取适量含有分散均匀的银纳米线的银纳米线乙醇溶液，在玻璃基底上逐滴添加该银纳米线乙醇溶液，重复旋涂12次，旋涂的转速为1500 rpm，每次旋涂后将玻璃基底在80 ℃下加热30 s烘干，旋涂全部结束后，将玻璃基底在200 ℃下热处理20 min，即在玻璃基底的表面制备得到银纳米线导电网络，测得其面密度为159 mg/m2，方块电阻为9 Ω/□；然后通过流延法将800 mg胶状的聚对苯二甲酸乙二醇酯涂覆在玻璃基底的设置有银纳米线导电网络的表面，此后在80 ℃的烘箱里热处理120 min固化成膜，揭膜后即得到柔性导电复合薄膜；在该柔性导电复合薄膜的两端分别连接一个电极，并将该两个电极连接在一欧姆表上，测量该柔性导电复合薄膜平放时的初始电阻R0，测得R0=9 Ω；
（2）反复弯曲该柔性导电复合薄膜，测量并记录不同程度弯曲时的柔性导电复合薄膜的曲率半径，同时通过欧姆表测量并记录不同曲率半径下的柔性导电复合薄膜的电阻R，建立该柔性导电复合薄膜的电阻-曲率半径关系曲线，再建立该柔性导电复合薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线，其中电阻变化率为R/R0；
（3）将该柔性导电复合薄膜贴附于待测曲面，测量此时柔性导电复合薄膜的电阻值，并计算此时柔性导电复合薄膜的电阻变化率，再将计算得到的电阻变化率与步骤（2）建立的电阻变化率-曲率关系曲线进行比对，得到待测曲面的曲率，取曲率的倒数，即为待测曲面的曲率半径。
制备柔性导电复合薄膜过程中，增加旋涂次数，可以制备不同银纳米线面密度的导电网络结构，该银纳米线导电网络由直径40~150 nm、长度20~150 μm的银纳米线构成，高分子薄膜材料基底的厚度一般为0.1~2 mm。
建立的实施例1-4中柔性导电复合薄膜的电阻-曲率半径关系曲线见图1，建立的实施例2中柔性导电复合薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线见图2中实线，实施例2中柔性导电复合薄膜弯曲多次且重复使用半年后薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线见图2中虚线。实施例2中柔性导电复合薄膜（即AgNWs/Resin）弯曲300次、500次后薄膜电阻率变化情况见图3，以银纳米线/PET（即AgNWs/PET）电阻率变化作为参考。
从图1-图3可见，本发明方法所用柔性导电复合薄膜重复性能优异，多次弯曲测试后性能稳定，不影响曲率半径测量结果的准确性；该柔性导电复合薄膜经过500次重复弯曲后电阻-曲率半径关系曲线基本保持不变，同时重复使用半年后经过测试，该柔性导电复合薄膜的性能稳定，其电阻变化率-曲率关系曲线基本保持不变。
Claims (5)
1.一种贴附式曲率半径测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）准备一块柔性导电复合薄膜，在该柔性导电复合薄膜的两端分别连接一个电极，并将该两个电极连接在一欧姆表上，测量该柔性导电复合薄膜平放时的初始电阻R0；
（2）反复弯曲该柔性导电复合薄膜，测量并记录不同程度弯曲时的柔性导电复合薄膜的曲率半径，同时通过欧姆表测量并记录不同曲率半径下的柔性导电复合薄膜的电阻R，建立该柔性导电复合薄膜的电阻-曲率半径关系曲线，再建立该柔性导电复合薄膜的电阻变化率-曲率关系曲线，其中电阻变化率为R/R0；
（3）将该柔性导电复合薄膜贴附于待测曲面，测量此时柔性导电复合薄膜的电阻值，并计算此时柔性导电复合薄膜的电阻变化率，再将计算得到的电阻变化率与步骤（2）建立的电阻变化率-曲率关系曲线进行比对，得到待测曲面的曲率，取曲率的倒数，即为待测曲面的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的一种贴附式曲率半径测量方法，其特征在于：所述的柔性导电复合薄膜包括高分子薄膜材料基底及复合于该高分子薄膜材料基底单侧表面的银纳米线导电网络，所述的高分子薄膜材料基底的厚度为0.1~2 mm，所述的银纳米线导电网络的面密度为10~300 mg/m2。
3.根据权利要求2所述的一种贴附式曲率半径测量方法，其特征在于：所述的银纳米线导电网络由直径40~150 nm、长度20~150 μm的银纳米线构成。
4.根据权利要求2所述的一种贴附式曲率半径测量方法，其特征在于：所述的柔性导电复合薄膜的制备过程为：在平整玻璃基底的单侧表面多次旋涂含有分散均匀的银纳米线的银纳米线乙醇溶液，每次旋涂后将玻璃基底在60~90 ℃下烘干，旋涂全部结束后，将玻璃基底在150~250 ℃下热处理15~40 min，即在玻璃基底的表面制备得到所述的银纳米线导电网络；然后通过流延法将胶状的高分子薄膜材料涂覆在所述的玻璃基底的设置有银纳米线导电网络的表面，此后在40~120 ℃下热处理30~240 min固化成膜，揭膜后即得到所述的柔性导电复合薄膜。
5.根据权利要求2所述的一种贴附式曲率半径测量方法，其特征在于：所述的高分子薄膜材料为环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170419 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |