專利名稱：用于在裝置的表面上制備導電應變傳感器的方法
用于在裝置的表面上制備導電應變傳感器的方法 本發明涉及一種用于在裝置的表面上制備測定裝置表面處應變的導電應變傳感
器(conductive strain sensor)的方法，以及通過所述方法可獲得的裝置。 導電應變傳感器用于監控在其預期環境中裝置部件或裝置本身的表面處的應變。
這樣的傳感器的應用基于為誘導應變函數的固有電性質的測定。以這種方式，能夠在特定
的條件下獲知機械部件的性能。 已知導電應變傳感器能夠由已沉積在撓性聚合物箔上的金屬箔制成。隨后在如此 獲得的箔上施加電阻(抗蝕劑，resistant)圖案，并且通過蝕刻除去部分的金屬箔，產生了 然后能夠施加在需要監控應變的裝置上的傳感器箔。 本發明的目的是提供一種用于在裝置的表面上制備導電應變傳感器的更簡單的 方法。 令人驚訝地，現在已經發現這能夠在采用特定順序的工藝步驟由此在需要測定表 面處應變的裝置的表面上直接制備應變傳感器時建立。 因此，本發明涉及一種用于在裝置的表面上制備測定裝置表面處應變的導電應變 傳感器的方法，該方法包括以下步驟
(a)提供一種裝置； (b)可選地在裝置的表面上施加絕緣層； (c)在步驟(b)中獲得的絕緣層上建立第一金屬的顆粒分布；以及 (d)通過無電電鍍工藝或電沉積工藝在如步驟(C)中獲得的至少部分的第一金屬
的顆粒分布上沉積第二金屬的層。 優選地，根據本發明使用的第一金屬選自由鈷、鎳、銅、銠、鈀、鉬、銀以及金組成的組。 更優選地，第一金屬是鈀。 根據本發明，第二金屬選自由銅、鎳、錫、銀、金組成的組。這些金屬的任何合金也 能夠適合使用。特別適合的合金例如是Cu-Ni 。 合適地，待沉積的第二金屬也能夠衍生自含金屬的化合物，諸如，例如鎳_磷和
鎳-硼。 根據本發明，步驟(b)能夠可選地實施。在裝置是金屬裝置或裝置由另外的導電 材料制成的情況下，則實施步驟(b)。然而，在裝置由絕緣材料例如合成材料如塑料制成的 情況下，則裝置能夠直接經受其中在裝置上建立第一金屬的顆粒分布的步驟，隨后在至少 部分的第一金屬的顆粒分布上沉積第二金屬的層。 因此，當使用由導電材料制成的裝置時，本發明提供了一種用于在裝置的表面上 制備測定裝置表面處應變的導電應變傳感器的方法，該方法包括以下步驟
(a)提供一種由導電材料制成的裝置；
(b)在裝置的表面上施加絕緣層； (c)在步驟(b)中獲得的絕緣層上建立第一金屬的顆粒分布；以及 (d)通過無電電鍍工藝或電沉積工藝在如步驟(C)中獲得的至少部分的第一金屬
4的顆粒分布上沉積第二金屬的層。 在裝置由絕緣材料制成的情況下，本發明提供了 一種用于在裝置的表面上制備測
定裝置表面處應變的導電應變傳感器的方法，該方法包括以下步驟 (a)提供一種由絕緣材料制成的裝置； (b)在裝置上建立第一金屬的顆粒分布；以及 (c)通過無電電鍍工藝或電沉積工藝在如步驟(c)中獲得的至少部分的第一金屬 的顆粒分布上沉積第二金屬的層。 本發明的優點之一是在步驟(b)中絕緣層能夠直接施加在裝置的表面上，其中在 傳統的系統中金屬層需要施加到聚合物襯底上，并且如此獲得的金屬/聚合物箔需要粘附 到裝置的表面上。 應當理解，第二金屬的層構成導電應變傳感器的電阻層(抵抗層，resistive layer)。 優選地，在根據本發明的方法中，在步驟(c)中第一金屬的顆粒分布采用包含 第一金屬的顆粒或離子的溶液通過微接觸工藝、噴霧工藝、凹版印刷工藝、柔版印刷工藝 (flexoprinting process)、壓印工藝(沖壓工藝，stamping process)、移印工藝或噴墨打 印方法建立。包含這樣的金屬顆粒或離子的溶液的合適的實例包括但不限于像Noviganth AK(Atotech)或MID Select 9040 (Enthone-OMI)的商購溶液。優選地，這樣的溶液是通過 Sn離子穩定的以膠體或離子形式的Pd的酸性溶液。引人注意的溶液包含20-100mg/l的 Pd、2-5g/l Sn以及2.5-3.5M Cl。技術人員應當理解，該組成能夠進行調節以使所述參數 更適合于所使用的沉積工藝。 更優選地，在步驟(c)中第一金屬的顆粒分布采用包含第一金屬顆粒的溶液通過 沖頭(壓印，壓印器，stamp)建立。 壓印工藝能夠如下實施。首先，將顆粒的溶液沉積在沖頭(stamp)上，這能夠通過 將沖頭放置在由待沉積材料潤濕的海綿上來完成。然后該潤濕的沖頭能夠對著襯底沖壓 (press)。根據沖頭對襯底沖壓所施加的壓力和時間，能夠產生清晰的轉印。在重復該工藝 用于第二次轉印之前，沖頭可能需要進行清洗。第一金屬的顆粒合適地具有在lnm-10iim范圍、優選在lnm-50nm范圍的平均粒
徑。這些范圍適用于在絕緣層上分布的顆粒，以及在所使用的溶液中包含的顆粒。 優選地，在步驟(d)、或步驟(c)中，在裝置由絕緣材料制成的情況下，第二金屬
的層沉積在第一金屬的全部顆粒分布上，由此建立第一金屬的顆粒完全被第二金屬的層覆
圭 根據本發明，在步驟(d)、或步驟(c)中，第二金屬的層合適地通過無電電鍍工藝 或電沉積工藝沉積在第一金屬的顆粒分布上。優選地，第二金屬的層在步驟(d)、或步驟 (c)中通過無電電鍍工藝沉積在第一金屬的顆粒分布上。 在無電電鍍工藝中，采用的原理是在溶液中以離子形式的可用金屬能夠在合適 的催化表面上通過還原劑還原成其金屬形式。而且，金屬自身也應該對還原反應起催化 作用，同樣賦予該工藝自動催化作用。對于有關無電電鍍工藝的一般描述，例如能夠參考 Electroless Plating F皿damentals&Applications， edited by Glenn 0. Mallory and Juan B.Hajdu， New York(1990)。在無電電鍍工藝中適合采用包含待沉積在第一金屬分布上的第二金屬的溶液。合適的含金屬的溶液包括但不限于諸如Enplate EN 435E(Enthone) 或EnplateMID Select 9070 (Enthone)的商購溶液。后面的溶液典型地包含l_6g/l Cu、 20-100g/l絡合劑、以及5-30ml/l甲醛(還原劑)。這樣的溶液典型地具有在11-14之間 的pH值。前面的溶液典型地包含4-8g/lNi、30-60g/l絡合劑、10-30g/1次磷酸鹽(還原 劑)。這樣的溶液典型地具有在4-6之間范圍的pH值。在根據本發明使用的無電電鍍工藝 中，優選使用含銅和/或鎳的溶液。 優選地，第二金屬的層完全覆蓋絕緣層上的第一金屬的分布。 在本發明的特別引人注意的實施方式中，在步驟(d)之后利用第二金屬實施電沉 積工藝以建立第二金屬完全覆蓋絕緣層上的第一金屬的分布。 在本發明中使用的絕緣層合適地包含選自由聚(苯乙烯)、聚(丁二烯)、聚(丙 烯)、聚(乙烯)、聚(碳酸酯)、聚(醚醚酮)、聚(氯乙烯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙 烯)、聚(四氟乙烯)、聚(丙烯酸酯)、聚(苯硫醚)、聚(砜)、聚(醚砜)、聚(對苯二甲 酸乙二酯)、聚(萘二甲酸乙二酯)、聚(對苯二甲酸丁酯)(poly(butylter印hthalate))、 聚(己內酯)、聚(酯)、聚(乙烯醇)、聚(乙烯醚)、聚(硅氧烷)、聚(丙烯腈)、聚(己 內酰胺)、聚(酰胺)、帕利靈(聚對二甲苯，parylene)、聚(萘)、聚(酰亞胺)、丙烯酸酯、 環氧化物、環氧樹脂(印oxies)、環氧_胺、乙烯基單體、酚醛樹脂、以及三聚氰胺組成的組 中的材料。 絕緣材料優選包含聚(丙烯酸酯)、聚(砜)、聚(酯)、聚(乙烯醇)、聚(丙烯 腈)、或聚(酰胺)。 合適地，絕緣層通過噴霧工藝、噴墨打印工藝、絲網印刷工藝、旋涂工藝、浸涂工 藝、層壓工藝或壓印工藝施加在裝置的表面上。 合適地，絕緣層的厚度在1 y m-500 y m的范圍內，優選在10 ii m_200 y m的范圍內。
其表面上待制備有導電應變傳感器的裝置能夠是其上通常施加有這種傳感器的 任何類型的裝置。 合適地，這些裝置包括但不限于機軸、轉向軸或桿、穩定器、板材、機翼、起落架、管 或滾動軸承。 根據權利要求1-10中任一項所述的方法，其中在步驟(d)之后通過電沉積工藝在 第二金屬上施加第三金屬。
實施例 將應變傳感器必須施加于其上的滾柱軸承首先進行清洗。因為其由導電材料制 成，所以必須施加第一層電絕緣材料。這通過將絕緣漆噴射到軸承的表面上來完成。隨后， 將鈀種子溶液(來自Atotech的Novigranth AK)選擇性地沉積在該絕緣層上。選擇性沉積 通過pdms沖頭完成。所獲得的選擇性種子產物然后浸沒于50g/l草酸溶液(oxalicl acid solution)中4分鐘。之后進行沖洗，然后浸沒在50。C的用Enplate MID Select 9070溶 液(來自Enthone)填充的無電電鍍槽中15分鐘。以這種方式，在選擇性沉積的鈀圖案上沉 積約3 i！ m的銅層。通過采用電沉積工藝在所述層上施加更多的Cu可以使銅層構造更高， 其中使用了 275g/l的硫酸銅溶液和60g/l硫酸溶液。如此獲得的酸性銅槽具有約4A/dm2 的電流密度。由此獲得的產品示意性地示于
圖1中。
權利要求
一種用于在裝置的表面上制備測定所述裝置表面處應變的導電應變傳感器的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供一種裝置；(b)可選地在所述裝置的表面上施加絕緣層；(c)在步驟(b)中獲得的所述絕緣層上建立第一金屬的顆粒分布；以及(d)通過無電電鍍工藝或電沉積工藝在如步驟(c)中獲得的至少部分的所述第一金屬的所述顆粒分布上沉積第二金屬的層。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一金屬選自由鈷、鎳、銅、銠、鈀、鉬、銀以 及金組成的組。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，所述第一金屬是鈀。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其中，所述第二金屬選自由銅、鎳、鎳-磷、鎳-硼、錫、銀、金、以及它們的任何合金組成的組。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中，所述第二金屬是銅或銅_鎳合金。
6. 根據權利要求l-5中任一項所述的方法，其中，在步驟(c)中所述第一金屬的顆粒分 布采用包含所述第一金屬的顆粒或離子的溶液通過微接觸工藝、噴霧工藝、凹版印刷工藝、 柔版印刷工藝、壓印工藝、移印工藝或噴墨打印方法建立。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中，在步驟(c)中所述第一金屬的顆粒分布采用包含 所述第一金屬的顆粒的溶液通過沖頭建立。
8 根據權利要求l-7中任一項所述的方法，其中，在步驟(d)中所述第二金屬的層沉積 在所述第一金屬的全部顆粒分布上。
9. 根據權利要求l-8中任一項所述的方法，其中，在步驟(d)中所述第二金屬的層通過 無電電鍍工藝沉積在所述第一金屬的顆粒分布上。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，在所述無電電鍍工藝中采用含銅和/或鎳的溶液。
11. 根據權利要求i-io中任一項所述的方法，其中，在步驟(d)之后通過電沉積工藝在所述第二金屬的層上施加第三金屬。
12. 根據權利要求ll所述的方法，其中，所述第三金屬選自由銅、鎳、鎳-磷、鎳-硼、 錫、銀、金、以及它們的任何合金組成的組。
13. 根據權利要求1-12中任一項所述的方法，其中，所述絕緣層包含選自由聚(苯乙 烯)、聚(丁二烯)、聚(丙烯)、聚(乙烯)、聚(碳酸酯)、聚(醚醚酮)、聚(氯乙烯)、聚 (偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、聚(四氟乙烯)、聚(丙烯酸酯)、聚(苯硫醚)、聚(砜)、聚 (醚砜)、聚(對苯二甲酸乙二酯)、聚(萘二甲酸乙二酯)、聚(對苯二甲酸丁酯)、聚(己內 酯)、聚(酯)、聚(乙烯醇)、聚(乙烯醚)、聚(硅氧烷)、聚(丙烯腈)、聚(己內酰胺)、 聚(酰胺)、帕利靈、聚(萘)、聚(酰亞胺)、丙烯酸酯、環氧化物、環氧樹脂、環氧-胺、乙烯 基單體、酚醛樹脂、以及三聚氰胺組成的組中的材料。
14. 根據權利要求1-13中任一項所述的方法，其中，所述絕緣層通過噴霧工藝、噴墨打 印工藝、絲網印刷工藝、旋涂工藝、浸涂工藝、層壓工藝或壓印工藝施加在所述裝置的表面 上。
15. 根據權利要求1-12中任一項所述的方法，其中，所述裝置包括機軸、轉向軸或桿、穩定器、板材、機翼、起落架、管或滾動軸承c
全文摘要
本發明提供了一種用于在裝置的表面上制備測定裝置表面處應變的導電應變傳感器的方法，該方法包括以下步驟(a)提供一種裝置；(b)可選地在裝置的表面上施加絕緣層；(c)在步驟(b)中獲得的絕緣層上建立第一金屬的顆粒分布；以及(d)通過無電電鍍工藝或電沉積工藝在如步驟(c)中獲得的至少部分第一金屬的顆粒分布上沉積第二金屬的層。
文檔編號G01L1/20GK101720423SQ200880022696
公開日2010年6月2日 申請日期2008年5月9日 優先權日2007年5月10日
發明者亨德里克·倫德英, 亨德里克·恩廷, 勒內·約斯·霍本, 羅蘭·安東尼·塔肯, 雷蒙德·特克 申請人:荷蘭應用科學研究會(Tno)
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