一种可拉伸的压电传感器及其制作方法

本发明属于压电传感器，尤其涉及一种可拉伸的压电传感器及其制作方法。

背景技术：

1、可穿戴的电子设备由于其灵活性、可穿戴性和舒适性，可以广泛应用于各种场景，如电子皮肤、自供电传感器和健康监测。尽管在开发多功能可穿戴设备方面已经取得了很大进展，但电源仍然是一个难以解决的挑战。压电传感器可利用压电效应，收集环境(风能、雨能和潮汐能)和人体运动(行走、奔跑和肘部弯曲)中的机械能，既可以实现压力传感响应，并且利用能量转化给电子设备供电，克服设备对电池的依赖。有机压电聚合物p(vdf-trfe)具有良好的铁电性能、光学性能、化学稳定性、柔性等优点，在电子器件领域有广阔的应用前景。然而，p(vdf-trfe)的压电性较差，无机压电材料通常比聚偏氟乙烯树脂材料(pvdf)具有更高的压电常数，在pvdf中掺入无机压电材料可以促进其β相的形成，从而提高pvdf的压电性能，包括压电常数、介电常数和耦合系数，用于制造柔性器件。

2、传统压电器件技术成熟，应用广泛，但大多不具有拉伸性，在监测人体运动时具有一定限制，例如，肘部弯曲时，压电器件的刚性会影响传感器佩戴的舒适度，同时，器件与人体关节在弯曲时机械不匹配会影响器件的灵敏度甚至寿命，因此，制作一种具有拉伸性能的压电传感器很有必要。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种可拉伸的压电传感器及其制作方法，以解决传统压电器件不具有拉伸性，在监测人体运动时具有一定限制的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

3、本发明提供了一种可拉伸的压电传感器的制作方法，其包括以下步骤：

4、步骤s1，将多壁碳纳米管和苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物混合均匀后加入甲苯溶液并搅拌溶解制得导电液；

5、步骤s2，将有机压电聚合物和钛酸钡纳米颗粒加入到二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液内并搅拌制备压电前驱液；

6、步骤s3，将导电液均匀旋涂在医用硅胶上制备柔性可拉伸电极，将压电前驱液均匀旋涂在洁净玻璃板上制得压电薄膜；

7、步骤s4，将压电薄膜的两侧分别贴附柔性可拉伸电极，得到可拉伸的压电传感器。

8、可选地，将导电液均匀旋涂在医用硅胶上制备柔性可拉伸电极包括以下步骤：

9、步骤s31，将旋涂在医用硅胶上的导电液进行烘干处理，制得可拉伸的导电薄膜；

10、步骤s32，将铜导线通过铜胶带固定在导电薄膜上，在导电薄膜与铜导线接触处涂导电银胶，得到柔性可拉伸电极。

11、可选地，将压电前驱液均匀旋涂在洁净玻璃板上制得压电薄膜包括将旋涂在洁净玻璃板上的压电前驱液进行退火处理，制得压电薄膜。

12、可选地，多壁碳纳米管的添加量为0.05～0.2g，苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物的添加量为0.02～0.2g，甲苯溶液的添加量为1～5ml。

13、可选地，多壁碳纳米管的添加量为0.15g，苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物的添加量为0.1g，甲苯溶液的添加量为2ml。

14、可选地，钛酸钡纳米颗粒的添加量为0.1～3g，有机压电聚合物的添加量为0.1～3g，二甲基甲酰胺的添加量为1～10ml，丙酮的添加量为1～12ml。

15、可选地，钛酸钡纳米颗粒的添加量为0.177g，有机压电聚合物的添加量为1g，二甲基甲酰胺的添加量为3ml，丙酮的添加量为2ml。

16、可选地，使用磁力搅拌器进行搅拌制得导电液和压电前驱液，磁力搅拌器的搅拌频率为2转/分钟～300转/分钟，搅拌时长为3小时～18小时。

17、可选地，磁力搅拌器的搅拌频率为200转/分钟，搅拌时长为12小时。

18、本发明还提供了一种可拉伸的压电传感器，采用上述制作方法制备而成。

19、与现有技术相比较，本发明的一种可拉伸的压电传感器及其制作方法具有以下有益效果：

20、(1)本发明制备方法简便，采用廉价、舒适轻薄的疏水弹性体苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs)作为弹性基底，与导电纳米填料多壁碳纳米管(mwcnts)复合并旋涂在医用硅胶上制备柔性可拉伸电极，有机压电聚合物和钛酸钡纳米颗粒复合旋涂在洁净玻璃板制备压电薄膜，柔性可拉伸电极和压电薄膜复合制成可拉伸的压电传感器，在拉伸条件下，压电传感器也具有良好的压电响应；此外，sebs是一种防水耐腐蚀的材料，使柔性可拉伸电极具有一定防水性能，进而保护器件不受到损坏；

21、(2)本发明的具有拉伸性能的压电传感器由于其采用的柔性可拉伸电极表面裸露部分多壁碳纳米管，具有更好的应力传递，从而具有更高的灵敏度和更好的压电响应；

22、(3)本发明的具有拉伸性能的压电传感器中，由于sebs的疏水性与表面粗糙的微纳结构共同作用，赋予了导电层优异的疏水性能。

23、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种可拉伸的压电传感器的制作方法，其特征在于，其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的可拉伸的压电传感器的制作方法，其特征在于，所述将所述导电液均匀旋涂在医用硅胶上制备柔性可拉伸电极包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的可拉伸的压电传感器的制作方法，其特征在于，所述将所述压电前驱液均匀旋涂在洁净玻璃板上制得压电薄膜包括：

4.根据权利要求1所述的可拉伸的压电传感器的制作方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管的添加量为0.05～0.2g，所述苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物的添加量为0.02～0.2g，所述甲苯溶液的添加量为1～5ml。

5.根据权利要求4所述的可拉伸的压电传感器的制作方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管的添加量为0.15g，所述苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物的添加量为0.1g，所述甲苯溶液的添加量为2ml。

6.根据权利要求1所述的可拉伸的压电传感器的制作方法，其特征在于，所述钛酸钡纳米颗粒的添加量为0.1～3g，所述有机压电聚合物的添加量为0.1～3g，所述二甲基甲酰胺的添加量为1～10ml，所述丙酮的添加量为1～12ml。

7.根据权利要求6所述的可拉伸的压电传感器的制作方法，其特征在于，所述钛酸钡纳米颗粒的添加量为0.177g，所述有机压电聚合物的添加量为1g，所述二甲基甲酰胺的添加量为3ml，所述丙酮的添加量为2ml。

8.根据权利要求1所述的可拉伸的压电传感器的制作方法，其特征在于，使用磁力搅拌器进行搅拌制得所述导电液和所述压电前驱液，所述磁力搅拌器的搅拌频率为2转/分钟～300转/分钟，搅拌时长为3小时～18小时。

9.根据权利要求8所述的可拉伸的压电传感器的制作方法，其特征在于，所述磁力搅拌器的搅拌频率为200转/分钟，搅拌时长为12小时。

10.一种可拉伸的压电传感器，采用如权利要求1至9中任一项制作方法制备而成。

技术总结本发明提供了一种可拉伸的压电传感器及其制作方法，其中可拉伸的压电传感器的制作方法包括将多壁碳纳米管和苯乙烯‑丁烯‑苯乙烯嵌段共聚物混合均匀后加入甲苯溶液并搅拌溶解制得导电液，将有机压电聚合物和钛酸钡纳米颗粒加入到二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液内并搅拌制备压电前驱液，将导电液均匀旋涂在医用硅胶上制备柔性可拉伸电极，将压电前驱液均匀旋涂在洁净玻璃板上制得压电薄膜，将压电薄膜的两侧分别贴附柔性可拉伸电极，得到可拉伸的压电传感器。本发明实施例通过提供的可拉伸的压电传感器及其制作方法，具有制备工艺简单、压电响应高、疏水等特点。技术研发人员：祁亚军,刘苗烜,周鹏,杨辉,赖胜飞,付向阳,章天金受保护的技术使用者：湖北大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17