[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

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種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。?

背景技術

傳感器技術作為獲取信息的主要途徑與手段，廣泛應用于、國民經濟和國防建設的諸多領域。壓力傳感器作為一種通過薄膜接收外部氣體的壓力并將其轉換為電信號的原件，在許多工程領域的瞬變壓力測量中具有重要作用，如用于內燃機氣缸內的實時壓力場、駐退機液體壓力、氣液式復進機氣液壓力、抽氣裝置壓力測試等。根據工作原理不同，壓力傳感器可分為壓電式、壓阻式和電容式三種。目前，利用硅體加工制備的壓阻式壓力傳感器具有頻率響應高、精度高、靈敏度高等優點，但受溫度影響較大、工藝復雜。以PVDF壓電薄膜為敏感材料制成的壓電式壓力傳感器具有易加工、工作頻帶寬、靈敏度高等優點，但PVDF材料隨溫度升高會發生退極化。傳統電容式壓力傳感器利用敏感薄膜與平行電極組成平板電容，通過測量隨內外壓差引起的變形而改變的電容來計算外界壓力大小，具有輸入能量小、靈敏度高、電學參量相對變化大、穩定性好等優點，在一些惡劣工作環境領域具有很大的應用潛力，然而平板電容這一結構形式限制了其應用范圍。?

介電高彈聚合物(DE)作為一種電場型電活性聚合物(EAP),在外界電刺激下可以改變形狀或體積,產生很大的電致應變(最大可達380%),而當外界電刺激撤銷后,又能恢復到原始形狀或體積，具有機電轉換效率高、彈性能密度大、響?應速度快、質量輕、價格低等優點，廣泛應用于各種驅動器和能量收集裝置。此外，由于介電高彈聚合物環境適應性強、易于成形和不易疲勞損壞，是一種可用于傳感器設計的理想敏感材料。?

發明內容

針對現有壓力傳感器的不足，本發明的目的在于提供一種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。本發明采用柔性電極層同彈性聚合物薄膜介電層復合的一體化夾心結構，擺脫了傳統電容式傳感器空氣介電層帶來的厚度方向尺寸限制，可以通過調節駐極體電極和介電彈性聚合物薄膜的材料組合以適用于不同工作條件，具備高溫、高濕惡劣環境下工作的能力，具有能量損耗小、高度集成化、制備成本低的特點。?

為了實現上述發明目的，本發明采取的技術方案是：?

基于介電高彈聚合物的柔性壓力傳感器，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，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之間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。?

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。?

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。?

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。?

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。?

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。?

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。?

所述導電跡線6采用可濺射或蒸鍍的金屬材料。?

所述導電跡線6采用銀，跡線寬度5mm，厚度100m。?