基于弹性聚合物全息传感器的应变传感响应特性

魏明昭，刘鸿鹏，刘洋钰，王保华，李 立，王 蕊，焦新莹

(中国民航大学理学院，天津 300300)

0 引言

高分子材料在外部作用力下的形变对于研究材料的宏观力学性能与微观拉伸形变、断裂机理等有着极其重要的应用价值。实时、准确表征高分子材料的应变特征将有助于深入分析材料性能。目前材料应变特征主要通过外部力学仪器测量受力与形变量，通过理论分析获取相关材料信息。缺乏有效的实时、非接触式材料应变特征的传感反馈。

近年来，全息传感器在光学传感领域受到国内外研究人员的广泛关注[1-4]。全息传感器是一种依赖于记录在光敏材料内部的全息体光栅进行传感响应的光学装置。当一束准直宽频光源入射光栅后，未发生改变的全息体光栅将衍射原始记录光波长的衍射光，而光栅的微观形变将导致衍射光谱显著偏移、衍射强度也随之波动。通过光谱仪实时追踪衍射谱峰值，能够量化环境特征，实现传感响应[5-8]。相比于其他传感方式，如电导率[9]、光子晶体[10]、光纤Bragg光栅[11]等，全息传感器有着直观、可视化传感优势。

本文研制了基于高弹性聚合物的全息传感器，并对传感器在拉力、压力作用下的应变响应特征进行了实验测试与分析。获得了形变与光栅衍射光谱峰值间的关系，并探讨了光谱峰值波长移动的主要诱因。

1 聚合物弹性材料的制备与全息传感原理

应变全息传感响应的弹性聚合物基底选用丙烯酰胺聚合物系统[12-15]。……