[發(fā)明專利]一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010165842.8
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111407281B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣亞東;劉勃豪;太惠玲;王斯;段再華;袁震;謝光忠
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: A61B5/087
• 分類號: A61B5/087;A61B5/08;A61B5/093;H02N1/04;H02N1/06
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 軒勇麗

1.一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器，包括封裝腔、與封裝腔連通的出氣導(dǎo)管以及設(shè)置在封裝腔內(nèi)的發(fā)電單元、流量收集單元，所述發(fā)電單元包括第一摩擦單元和第二摩擦單元，其特征在于，所述封裝腔內(nèi)通過兩片柔性有機薄膜長條狀基板交叉形成費力杠桿，所述交叉處形成支點；距離支點遠的長杠桿末端分別相對的設(shè)置有第一摩擦單元和第二摩擦單元，距離支點的近的短杠桿末端設(shè)置有流量收集單元，流量收集單元由氣球及與氣球連通的進氣導(dǎo)管組成，所述氣球與短杠桿的末端固定連接；

當氣流通過氣球時會驅(qū)動氣球進行膨脹收縮，由此帶來的形變將會撬動費力杠桿，迫使發(fā)電單元產(chǎn)生接觸分離從而得到輸出電信號。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器，其特征在于，所述長杠桿與短杠桿的長度比為（2-3）：1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器，其特征在于，所述進氣導(dǎo)管與費力杠桿的工作平面垂直。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器，其特征在于，所述第一摩擦單元包括依次設(shè)置在長杠桿末端的導(dǎo)電電極和正摩擦薄膜，所述正摩擦薄膜為尼龍、絲綢、聚氨酯泡沫體、紙張中的一種或其制成的復(fù)合膜，所述摩擦薄膜的厚度為0.1-1000μm；

所述第二摩擦單元包括依次設(shè)置在長杠桿末端的另一導(dǎo)電電極和負摩擦薄膜，所述負摩擦薄膜為聚二甲基硅氧烷、鐵氟龍、聚四氟乙烯中的一種或其制成的復(fù)合膜，所述摩擦薄膜的厚度為0.1-1000μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器，其特征在于，第一摩擦單元的設(shè)置在長杠桿末端的導(dǎo)電電極和第二摩擦單元的設(shè)置在長杠桿末端的另一導(dǎo)電電極的材料為鋁、鎳、銅、銀和金中的任意一種，厚度為100-200nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器，其特征在于，還包括設(shè)置在封裝腔內(nèi)上或下表面的第四摩擦單元、與第四摩擦單元對應(yīng)的杠桿一側(cè)的第三摩擦單元，其中第二摩擦單元與第三摩擦單元附著在同一個杠桿的對立面，整個器件形成三層夾膜結(jié)構(gòu)；所述第三摩擦單元由依次疊層設(shè)置的襯底、導(dǎo)電電極、負摩擦薄膜組成，第四摩擦單元由依次疊層設(shè)置的襯底、導(dǎo)電電極、敏感薄膜組成；第三摩擦單元和第四摩擦單元的導(dǎo)電電極與另一靜電計通過導(dǎo)線相連。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器，其特征在于，所述敏感薄膜為聚苯胺、氧化石墨烯、聚酰亞胺中的一種或其制成的復(fù)合膜。

8.基于權(quán)利要求1-7任一項所述的一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）長條狀基板以及封裝腔板的制備：取柔性有機薄膜或基板，經(jīng)過清洗并干燥，切割成兩個長條狀基板用于費力杠桿組裝，并制作支點；取機玻璃基板制備成相應(yīng)封裝腔板；

（2）制備摩擦單元：在兩個長條狀基板距離支點較長的末端部位蒸鍍一層金導(dǎo)電電極，再在金導(dǎo)電電極的表面通過薄膜設(shè)計與制備工藝分別制備正負摩擦薄膜，從而分別得到第一摩擦單元和第二摩擦單元；在第二摩擦單元對立面蒸鍍金導(dǎo)電電極，對應(yīng)的測試腔區(qū)域粘貼金導(dǎo)電電極，再在金導(dǎo)電電極的表面通過薄膜設(shè)計與制備工藝分別制備摩擦薄膜與敏感薄膜，從而分別得到第三摩擦單元和第四摩擦單元；

（3）組裝：將兩個長條狀基板交錯裝配形成費力杠桿，使正負摩擦薄膜對立放置；將帶有進氣導(dǎo)管的氣球與距離支點近的兩個長條狀基板一端的兩側(cè)相連；使用封裝腔板進行封裝腔的組裝，使進氣導(dǎo)管一側(cè)位于封裝腔內(nèi)部，進氣導(dǎo)管另一端延伸到封裝腔的外部進行氣流采集，出氣導(dǎo)管在封裝腔的另一側(cè)；從導(dǎo)電電極引出導(dǎo)線分別與靜電計相連，以檢測發(fā)電機的輸出電壓/電流信號。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于杠桿原理的呼吸自驅(qū)動微氣流傳感器的制備方法，其特征在于，所述長條狀基板包括寬長條狀基板以及細長條狀基板，所述寬長條狀基板在支點位置割開，使細長條狀基板能夠從割開中穿插而過的同時不被割斷。