[發明專利]基于摩擦電的壓力傳感器

在審

• 申請號: 201510849299.2
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN106610324A
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 王中林;蔣濤
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 謝鑫,肖冰濱

1.一種基于摩擦電的壓力傳感器，其中，該壓力傳感器包括：

發電機，該發電機在壓力的作用下產生形變，并基于該形變產生并輸出電信號；

外部電路，與所述發電機連接，用于檢測所述發電機輸出的電信號，并根據所檢測到的電信號確定壓力的大小或形變的大小。

所述發電機包括第一摩擦層、第一電極層和凸起陣列結構層，其中，

所述第一電極層設置在所述第一摩擦層上；

所述凸起陣列結構層的凸起部與所述第一摩擦層接觸，互相接觸的表面的材料具有不同的得失電子能力；

其中，所述凸起陣列結構層既充當了摩擦層也充當了電極層，在沒有壓力作用時所述凸起陣列結構層的凸起部保持原始狀態；在存在壓力作用時所述凸起陣列結構層的凸起部發生形變且與所述第一摩擦層的接觸面積發生變化，并通過所述第一電極層和所述凸起陣列結構層輸出所述電信號,

其中所述凸起陣列結構層通過以下步驟而被制備：

將聚苯乙烯(PS)球涂覆到經氧等離子體處理的二氧化硅/硅的基板上，形成具有單層PS球的PS模板；

將PDMS溶液倒入周期性排列的PS球上，并放到烤爐中固化；

將固化后的PDMS與形成有PS球的二氧化硅/硅基板剝離，形成PDMS模板，該模板的上表面具有高度有序的納米凹陷結構；

在PDMS模板上具有凹陷結構的表面鍍一層金屬材料以形成金屬膜；

將PDMS溶液倒到金屬膜上以填充凹陷結構并進行固化；

將固化后的PDMS與銅膜剝離即得到具有半球陣列結構的PDMS薄膜。

2.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其中，所述凸起陣列結構層包括第二電極層和第二摩擦層，所述第二電極層為平坦結構，而所述第二摩擦層為凸起陣列結構，所述第二摩擦層與所述第一摩擦層接觸。

3.根據權利要求2所述的壓力傳感器，其中，所述第一電極層和所述第二電極層為金屬材料、ITO或有機物導體。

4.根據權利要求2或3所述的壓力傳感器，其中，所述第一摩擦層和所述第二摩擦層為高分子材料；或者

所述第一摩擦層為金屬材料、ITO或有機物導體，而所述第二摩擦層為高分子材料。

5.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其中，所述凸起陣列結構層包括基體層和第二摩擦層，所述基體層和所述第二摩擦層均為凸起陣列結構。

6.根據權利要求5所述的壓力傳感器，其中，所述第一電極層和所述第二摩擦層為金屬材料、ITO或有機物導體。

7.根據權利要求5或6所述的壓力傳感器，其中，所述第一摩擦層和所述基體層為高分子材料。

8.根據權利要求3或6所述的壓力傳感器，其中，所述金屬材料為以下中的一者：銅、鋁和金。

9.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其中，所述發電機還包括第一支撐層，所述第一電極層設置在所述第一摩擦層和所述第一支撐層之間；和/或

所述發電機還包括第二支撐層，所述凸起陣列結構層設置在所述第二支撐層上。

10.根據權利要求9所述的壓力傳感器，其中，所述第一支撐層和所述第二支撐層為亞克力板。

11.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其中，所述凸起陣列結構層為半球陣列凸起結構層、波浪形凸起結構層、錐形陣列凸起結構層或方形陣列凸起結構層。