[發明專利]基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器及傳感壓力的方法

有效

• 申請號: 201410085214.3
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103954394A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 賈坤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，其特征在于：包括介電高彈聚合物薄膜夾層（2），分別粘接在介電高彈聚合物薄膜夾層（2）上下兩表面的柔性駐極體正電極（1）和柔性駐極體負電極（3），分別夾于柔性駐極體正電極（1）、負電極（3）與介電高彈聚合物薄膜夾層（2）并由介電高彈聚合物薄膜夾層（2）側面邊緣引出的導電跡線（6），所述導電跡線（6）為檢測介電高彈聚合物薄膜兩表面電壓提供接口，上絕緣支撐環（4）與下絕緣支撐環（5）通過外部卡榫（501）將多層薄膜組成的夾心結構固定在其間。?

2.根據權利要求1所述的基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述介電高彈聚合物薄膜夾層（2）經等雙軸預拉伸后在薄膜兩表面均勻敷100-200m的碳脂，柔性駐極體正電極（1）和柔性駐極體負電極（3）分別通過碳脂與介電高彈聚合物薄膜夾層（2）粘接形成多層薄膜夾心結構；上絕緣支撐環（4）與下絕緣支撐環（5）與多層薄膜夾心結構的接觸部分通過A-B膠粘接。?

3.根據權利要求1所述的基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述介電高彈聚合物薄膜夾層(2)采用硅橡膠、聚丙烯酸、聚氨酯或丙烯酸吡咯烷酮乙酯。?

4.根據權利要求3所述的基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述介電高彈聚合物薄膜夾層（2），在壓力變化較慢的場合選擇聚丙烯酸，在溫度較高的場合選擇硅橡膠，在壓力較大的場合選擇丙烯酸吡咯烷酮乙酯，在油性工作場合選擇聚氨酯。?

5.根據權利要求1所述的基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述柔性駐極體正電極（1）和柔性駐極體負電極（3）選用聚四氟乙烯?PTFE或聚丙烯PP,并通過電暈充電法分別沖入等量正電荷和負電荷。?

6.根據權利要求5所述的基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述柔性駐極體正電極（1）和柔性駐極體負電極（3），對于工作溫度較高的環境選擇聚四氟乙烯PTFE,對于濕度較大的環境選擇聚丙烯PP。?

7.根據權利要求1所述的基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述上絕緣支撐環（4）和下絕緣支撐環（5）的材料采用陶瓷材料或采用金屬材料，但需經絕緣處理。?

8.根據權利要求1所述的基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述導電跡線（6）采用可濺射或蒸鍍的金屬材料。?

9.根據權利要求8所述的基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述導電跡線（6）采用銀，跡線寬度5mm，厚度100m。?

10.權利要求1至7任一項所述的基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器傳感壓力的方法，其特征在于：?

利用駐極體能夠長期儲存電荷的特性，把柔性駐極體膜作為固定電荷的提供源，靜止狀態下，柔性駐極體正電極（1）內部儲存正電荷Q⁺，而柔性駐極體負電極（3）內部U儲存等量負電荷Q^-，從而在介電高彈聚合物薄膜夾層（2）厚度方向產生極化電場；?

介電高彈聚合物薄膜夾層（2）在外部極化電場作用下，內部偶極子從無序狀態變為有序狀態，電子從一端電極流向另一端,其上下兩表面分別帶有等量異性電荷Q⁺和Q^-,從而產生電勢差U₀=Q/C₀,其中Q=Q⁺=Q^-，C₀為介電高彈聚合物薄膜夾層（2）的等效電容；由于上下表面壓力相等，多層薄膜夾心結構未發生變形，介電高彈聚合物薄膜夾層（2）厚度均勻，則ε、R₀及H₀分別為介電高彈聚合物薄膜夾層（2）的介電系數，半徑和厚度；?

在外部壓力作用下，多層薄膜夾心結構上下表面的壓力差P使其發生曲面變形，多層薄膜夾心結構向負壓力的一側鼓起，介電高彈聚合物薄膜夾層（2）的面積增大，厚度減小，而其材料特性保證了介電系數ε不隨形狀發生改變，此時，對應于該形態介電高彈聚合物薄膜夾層（2）的等效電容變為C₁；而由于駐極體提供的電荷恒定，介電高彈聚合物薄膜夾層（2）表面所帶電荷不變，則其電勢差變為U₁=Q/C₁；由未變形狀態時U₀與C₀的關系，C₁可進一步表示為C₁=C₀U₀/U₁；根據外部壓力與多層薄膜夾心結構變形而表現出的等效電容改變之間的關系，便可測得壓力差P。?