[發明專利]柔性微膠囊壓電傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110332738.8
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113108953B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 陽生有;周慎杰;王炳雷;鄭旭;陳玲玲
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;C08K9/10;C08K3/36;C08L83/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 朱忠范

本發明提供一種柔性微膠囊壓電傳感器，屬于壓電傳感器技術領域，包括柔性傳感材料層，所述柔性傳感材料層由聚合物基體內分散設有帶電荷微膠囊材料形成，其中，所述帶電荷微膠囊材料的每一個微膠囊內包裹有帶電荷內容物；所述柔性材料層的兩側均設有電極，所述電極上引出有導線。本發明微膠囊儲存空間大、封閉性好、性能更加穩定；可以通過調節制備參數來條件微膠囊的尺寸，進而調控微膠囊的存儲空間，調節電荷儲存量，電荷密度就越大，靈敏度也會越高；無需聚合物膨化和高壓充電過程，制備方法更加簡單，降低了生產成本。

技術領域

本發明涉及壓電傳感器技術領域，具體涉及一種柔性微膠囊壓電傳感器及其制備方法。

背景技術

目前，柔性醫療電子器件是柔性電子領域的一個極具前景的熱點，柔性傳感材料作為柔性醫療電子器件的核心構件同樣被國內外學者廣泛關注。柔性傳感材料主要分為電阻式、電容式、壓電式和靜電式等不同傳感形式。相較于其他傳感器，靜電式柔性駐極體壓力傳感器不需要外加偏執電壓即可進行傳感，是一種自驅動式壓力傳感器。靜電式柔性駐極體壓力傳感器主要利用的是駐極體的靜電效應，在外部荷載條件下，由于靜電效應，產生電信號，達到傳感的效果。

目前的現有技術中，柔性醫療電子器件中使用的與人體界面匹配的駐極體壓力傳感器，還存在以下缺陷和問題：

一是聚合物基材膨化后形成的自然氣隙層較小且不穩定。聚合物基材膨化過程會在其內部產生胞狀氣隙結構，當去掉加熱和加壓條件后，聚合物胞狀氣隙結構內部的高壓會逐漸沿著裂紋向外溢出，結構會產生縮小或塌陷，導致內部空間減小，降低材料儲存電荷的空間。在溫度波動較大的條件下時，穩定性降低。高溫時，聚合物內部的電荷運動活躍容易沿著裂紋流出；低溫時候，聚合物內部胞狀氣隙結構的裂紋會呈現張開擴大的現象，其內部電荷容易沿著裂紋造成流失，導致其傳感性能不穩定。

二是傳感器靈敏度低，并且難以調控。傳感器的靈敏度與所形成的胞狀氣隙結構攜帶的電荷量相關。目前的制備技術限制了胞狀氣隙結構空間的擴大，因此很難對靈敏度進行調節。

三是對聚合物預膨化和超高壓充電處理，其繁瑣復雜的制備流程和材料缺陷限制了其在工業的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備方法更加簡單、電荷儲存空間更大、封閉性更好、靈敏度高且調控、性能更加穩定的柔性微膠囊壓電傳感器及其制備方法，以解決上述背景技術中存在的至少一項技術問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：

一方面，本發明提供一種柔性微膠囊壓電傳感器，包括：

柔性傳感材料層，所述柔性傳感材料層由聚合物基體內分散設有帶電荷微膠囊材料形成，其中，所述帶電荷微膠囊材料的每一個微膠囊內包裹有帶電荷內容物；所述柔性材料層的兩側均設有電極，所述電極上引出有導線。

優選的，所述聚合物基體為聚二甲基硅氧烷PDMS。

優選的，所述帶電荷內容物為利用二氧化硅溶膠材料制成。

優選的，所述帶電荷內容物為利用金屬膠體材料制成。

第二方面，本發明提供一種如上所述的柔性微膠囊壓電傳感器的制備方法，包括：

將PDMS、固化劑和帶電荷微膠囊材料混合后，然后置于真空干燥箱內，打開真空泵使箱內處于負壓狀態，去除氣泡，得到復合材料；

利用澆筑法向模具內澆筑復合材料，將盛有復合材料的模具水平置于真空干燥箱內，打開真空泵使箱內處于負壓狀態，升高真空干燥箱的溫度，固化后，脫去模具后得到柔性傳感材料層；

在柔性傳感材料層的兩側分別刮涂導電金屬漿作為電極，將導線埋入導電金屬漿內部，干燥箱內干燥固化，制得所述柔性微膠囊駐極體傳感器。

優選的，采用溶劑蒸發法制備所述帶電荷微膠囊材料，包括：