[發(fā)明專利]基于3D打印的柔性傳感器裝置及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110049894.3
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112895433B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金亮;鞏德鑫;張哲瑄;楊慶新;劉素貞;張闖
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B29C64/129
• 分類號: B29C64/129;B29C64/314;H01L41/33;G01L1/16;B33Y10/00;B33Y40/10;B33Y70/10;B33Y80/00
• 代理公司: 天津企興智財(cái)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12226
• 代理人: 馬倩倩

1.一種基于3D打印的柔性自取能壓電傳感器裝置的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，根據(jù)柔性壓電傳感器的柔韌性能及壓電性能要求，制備出符合性能要求的復(fù)合壓電打印材料；

S2，通過三維繪圖軟件對柔性壓電傳感器的進(jìn)行建模，得到柔性壓電傳感器的打印模型；

S3，將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)，再通過3D打印機(jī)對復(fù)合壓電打印材料進(jìn)行固化制造，得到柔性打印傳感器；

S4，對柔性打印傳感器進(jìn)行電壓極化處理，得到柔性壓電傳感器；

S5，將柔性壓電傳感器外接自取能電路，得到柔性自取能壓電傳感器裝置；

所述復(fù)合壓電打印材料的組成包括壓電晶體納米顆粒、導(dǎo)電高分子材料、柔性打印樹脂、表面官能化劑及光引發(fā)劑；所述壓電晶體納米顆粒載量大致為30％vol至50％vol；所述壓電晶體納米顆粒為平均直徑為220.9nm、居里溫度為360℃的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷納米顆粒；導(dǎo)電高分子材料為高純單層石墨烯，高純單層石墨烯的質(zhì)量百分含量為1％；

所述復(fù)合壓電打印材料的制備過程包括如下步驟：

S11，將壓電晶體納米顆粒的粉末超聲分散在含有冰醋酸的去離子水中，利用超聲波清洗機(jī)對其進(jìn)行超聲分散；

S12，將表面官能化劑加入到步驟S11的溶液中，將所得混合物進(jìn)行加熱回流攪拌；

S13，通過離心機(jī)對步驟S12的混合物進(jìn)行離心清潔，并去掉上清液，然后在乙醇中分散至少兩個(gè)循環(huán)；再次用離心機(jī)收集陶瓷顆粒，將所得顆粒物進(jìn)行干燥獲得表面官能化的壓電晶體納米顆粒；

S14，將步驟S13得到的壓電晶體納米顆粒放入到含有導(dǎo)電高分子材料、光引發(fā)劑的柔性打印樹脂溶液中，使用物理研磨方法混合一定時(shí)間得到所需的復(fù)合壓電打印材料；

所述表面官能化劑為甲基丙烯酸丙酯，所述柔性打印樹脂為聚乙二醇二丙烯酸酯；所述光引發(fā)劑為LAP材料；

所述自取能電路包含壓電數(shù)據(jù)采集模塊和壓電能量采集獲取模塊，

所述壓電數(shù)據(jù)采集模塊包括運(yùn)放電路與顯示系統(tǒng)，所述柔性壓電傳感器的下電極板與運(yùn)算電路的正極相連，上電極板經(jīng)導(dǎo)線連接至運(yùn)放電路的負(fù)極；所述運(yùn)放電路的輸出連接顯示系統(tǒng)；

所述壓電能量采集獲取模塊由依次連接的整流模塊、儲能模塊、開關(guān)控制模塊及小功率負(fù)載組成，柔性壓電傳感器的上、下電極連接至整流模塊的兩端，整流模塊將柔性壓電傳感器產(chǎn)生的正負(fù)交替的電信號轉(zhuǎn)化為直流電，再通過儲能模塊進(jìn)行電能儲存；開關(guān)控制模塊對顯示系統(tǒng)電壓和儲能模塊的電壓進(jìn)行比較：當(dāng)儲能模塊的電壓小于顯示系統(tǒng)所示電壓時(shí)，開關(guān)控制模塊的開關(guān)斷開，繼續(xù)為儲能模塊充電；當(dāng)儲能模塊的電壓大于顯示系統(tǒng)所示電壓且能滿足負(fù)載用電要求時(shí)，開關(guān)控制模塊的開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)儲能模塊向小功率負(fù)載的供電。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：在步驟S3中，將導(dǎo)電橡皮貼附于柔性打印傳感器的兩側(cè)，通過導(dǎo)電橡皮由高壓極化電源向柔性打印傳感器施加30kV的極化直流電壓，極化電流為5mA，在室溫下極化1.5小時(shí)，得到柔性壓電傳感器。

3.基于權(quán)利要求1-2任一所述的一種基于3D打印的柔性自取能壓電傳感器裝置的制作方法的一種柔性自取能壓電傳感器裝置，其特征在于，包括3D打印成型的柔性壓電傳感器和自取能電路，所述自取能電路與柔性壓電傳感器通過金屬導(dǎo)線進(jìn)行連接；

所述自取能電路包含：

壓電數(shù)據(jù)采集模塊：包括運(yùn)放電路與顯示系統(tǒng)，所述柔性壓電傳感器的下電極板與運(yùn)算電路的正極相連，上電極板經(jīng)導(dǎo)線連接至運(yùn)放電路的負(fù)極；所述運(yùn)放電路的輸出連接顯示系統(tǒng)；

壓電能量采集獲取模塊：由依次連接的整流模塊、儲能模塊、開關(guān)控制模塊及小功率負(fù)載組成，柔性壓電傳感器的上、下電極連接至整流模塊的兩端，整流模塊將柔性壓電傳感器產(chǎn)生的正負(fù)交替的電信號轉(zhuǎn)化為直流電，再通過儲能模塊進(jìn)行電能儲存；開關(guān)控制模塊對顯示系統(tǒng)電壓和儲能模塊的電壓進(jìn)行比較：當(dāng)儲能模塊的電壓小于顯示系統(tǒng)所示電壓時(shí)，開關(guān)控制模塊的開關(guān)斷開，繼續(xù)為儲能模塊充電；當(dāng)儲能模塊的電壓大于顯示系統(tǒng)所示電壓且能滿足負(fù)載用電要求時(shí)，開關(guān)控制模塊的開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)儲能模塊向小功率負(fù)載的供電。