專利名稱：新型柔性力學(xué)傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型柔性力學(xué)傳感器，具體地是一種壓電力學(xué)傳感器及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳感器是一種能夠感受被測量變化信息并按照一定規(guī)律將變化信息轉(zhuǎn)化為所需形式輸出信號的器件或裝置。傳感器將測量的信號轉(zhuǎn)化為其他所需形式信號，從而實現(xiàn)信息的感知、傳輸及處理，是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的基本要素。其中，力學(xué)傳感器是最為·常見的一種?，F(xiàn)有技術(shù)針對各種不同的應(yīng)用提供了多種形式的力學(xué)傳感器，如電阻式、電容式、壓電式力學(xué)傳感器等。其中電阻式和電容式為無源傳感器需要外加電源，這樣增加了器件電路設(shè)計和制作的復(fù)雜性。壓電式傳感器是有源器件，廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中壓電傳感器件材料多為壓電陶瓷，壓電陶瓷具有良好的壓電性能且原料價格較低，但是陶瓷材料的力學(xué)性能(如硬度大、彈性小、透氣性差等)大大限制了此類器件在醫(yī)療、服飾及人體健康監(jiān)測方面的應(yīng)用。以聚偏二氟乙烯(PVDF)為代表的壓電高分子材料在一定程度上克服了壓電陶瓷在應(yīng)用上的困難，然而現(xiàn)有的制作方法獲得的塑性壓電高分子薄膜，依然制約著器件的力學(xué)性能，無法完全滿足在醫(yī)療、服飾等領(lǐng)域?qū)ζ骷哽`敏度和柔軟度、透氣性的要求?，F(xiàn)有壓電高分子制膜技術(shù)流程混合原料一成膜一拉伸一熱處理一電暈極化一上電極。其中成膜過程利用現(xiàn)有的熔融法或溶劑揮發(fā)法，得到的薄膜柔透氣性差且柔軟度不足。此外，現(xiàn)有的技術(shù)為獲得良好靈敏度，成膜后要進行拉伸和極化處理，使得工序增加，增加了處理復(fù)雜度,并相應(yīng)地增加設(shè)備和工藝成本。因此，改善器件的力學(xué)性能，提高器件的靈敏度，提供一種滿足醫(yī)療、服飾領(lǐng)域應(yīng)用要求的柔軟的、透氣的、具有生物相容性的新型柔性力學(xué)傳感器及其制備方法具有重大的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善傳感器件的力學(xué)性能，兼顧器件靈敏度，提供一種滿足醫(yī)療、服飾等領(lǐng)域?qū)鞲衅骷陟`敏度、柔軟度、透氣性及生物相容性方面要求的柔性力學(xué)傳感器及其相關(guān)制備方法。在第一個方面，本發(fā)明提供了由納米纖維薄膜層和導(dǎo)電薄膜電極層組成，其特征在于所述納米纖維薄膜層由聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物制成；所述導(dǎo)電薄膜電極層由柔性多孔電極制成，其配置在所述納米纖維薄膜層的表面和背面兩側(cè)上，其中所述聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物中聚偏二氟乙烯的摩爾含量為55-85%，優(yōu)選70-80%。在第二個方面，本發(fā)明提供了一種制備壓電力學(xué)傳感器的方法，包括以下步驟I)將聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物溶解在有機溶劑中，得到8-20% (w/v)，優(yōu)選10-15% (w/v)的待紡溶液，其中所述有機溶劑為聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物的良溶劑，且所述聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物中聚偏二氟乙烯的摩爾含量為55-85%，優(yōu)選70-80% ；2)在靜電紡絲裝置中將步驟I)獲得的待紡溶液靜電紡絲，在所述靜電紡絲裝置的接收極板上得到纖維薄膜；和3)將步驟2)中得到的纖維薄膜在環(huán)境溫度下干燥6_8h，然后將兩層由柔性多孔電極制成的導(dǎo)電薄膜電極分別布置在干燥的纖維薄膜的表面和背面上，從而得到壓電力學(xué)傳感器。本發(fā)明的有益效果I.本發(fā)明提 供的新型力學(xué)傳感器在靈敏度及力學(xué)特征方面具有良好的性能。2.本發(fā)明提供的方法將紡絲制膜和電場極化合二為一，與傳統(tǒng)工藝(為了獲得高靈敏度需要對薄膜進行先拉伸后極化操作)相比，工序減少，操作更加簡單。3.本發(fā)明的方法將材料的納米特性和壓電性能有機結(jié)合，通過本發(fā)明的方法制成的纖維薄膜不僅具有質(zhì)輕柔軟、透氣性好的特點，還具備良好的壓電性能。這種壓電纖維薄膜克服了陶瓷材料和塑性高分子膜存在的硬度高、透氣性差等缺點，配以柔性多孔電極而得到具有柔軟質(zhì)輕、透氣性和生物相容性的壓力傳感器件能夠更好地滿足醫(yī)療、服飾及人體健康監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用要求。


圖I為靜電紡絲技術(shù)工作示意圖。圖2為實施案例組裝傳感器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為分別為實施例3 (圖3a)、實施例4(圖3b)、實施例5(圖3c)、實施例6(圖3d)、實施例7(圖3e)和實施例8(圖3f)制備的壓電高分子納米纖維薄膜電鏡照片。圖4為實施例5制備的壓力傳感器件的單次響應(yīng)曲線圖。圖5為實施例5制備的壓力傳感器在不同頻率壓力下的響應(yīng)曲線圖。圖6 為(A) BsPT [(I-X) BiScO3-XPbTiO3]壓電陶瓷，(B)鈷酸鋰(LiCoO2)壓電陶瓷，(C)溶劑揮發(fā)法制備的P(VDF-TrFE)薄膜樣品電鏡照片。
具體實施例方式定義和縮寫PVDF :聚偏二氟乙烯。TrFE :三氟乙烯。P (VDF-TrFE):偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物。薄膜電極具有柔軟、多孔結(jié)構(gòu)的膜狀電極。ITO-PET薄膜電極采用磁控濺射技術(shù)，在聚酯PET基底材料上濺射透明氧化銦錫(Indium-Tin Oxide, ΙΤ0)導(dǎo)電薄膜鍍層并經(jīng)高溫退火處理得到的高技術(shù)產(chǎn)品。納米纖維薄膜納米級別纖維結(jié)構(gòu)組成的無紡布形式薄膜。環(huán)境溫度一般是指室溫溫度，即22 25V。生物相容性在本發(fā)明中是指該器件使用材料對動物和人體無害。
本發(fā)明的原理本發(fā)明利用靜電紡絲技術(shù)制備壓電傳感器件的感應(yīng)材料，壓電高分子溶液在紡絲過程中受到強電場的拉伸和極化作用。溶液在高強拉伸作用下迅速變形，在向接收極板運動的過程中形成連續(xù)的納米級纖維；同時形成的纖維在強電場的極化作用下，極性晶體形成擇優(yōu)取向從而具備壓電性能，隨著溶劑的揮發(fā)便可在接收極板上得到壓電高分子納米纖維膜由于本發(fā)明提供的壓電薄膜為納米纖維薄膜，具備靈敏度高、質(zhì)輕柔軟、透氣性好等優(yōu)點；同時，本發(fā)明提供的方法將紡絲制膜和電場極化合二為一，與傳統(tǒng)工藝(為了獲得高靈敏度需要對薄膜進行先拉伸后極化操作)相比，工序減少，操作更加簡單。本發(fā)明的制備壓電力學(xué)傳感器的方法主要包括以下步驟I.利用有機溶劑配制聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物的待紡溶液；2.將待紡溶液置于靜電紡絲裝置中將待紡溶液拉伸極化，形成壓電納米纖維薄膜；3.除去纖維薄膜殘留的顆粒，并進行干燥除去殘存溶劑；4.處理過的纖維薄膜與導(dǎo)電薄膜電極組裝為壓電傳感器件。靜電紡絲技術(shù)本發(fā)明方法基于靜電紡絲技術(shù)，靜電紡絲技術(shù)是一種新型制備納米纖維技術(shù)，圖I為靜電紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括高壓電源I ;與高壓電源相連的噴射器2 ；與噴頭2對應(yīng)的接收極板3。其中噴射器2包括儲液腔21和與儲液腔端部相連的噴頭22，接收極板與噴頭22的位置相對應(yīng)。高壓電源的正極與噴頭22相連，負(fù)極與接收極板3相連且接地，由此噴頭22與接收極板3之間形成高電壓，噴頭22處的溶液在高電場的作用下噴射形成纖維，并在接收極板3上成膜。壓電力學(xué)傳感器本發(fā)明提供的壓電力學(xué)傳感器件的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其包括壓電納米纖維薄膜4 ；導(dǎo)電薄膜電極5;電極引線6。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案在本發(fā)明中，導(dǎo)電薄膜電極層優(yōu)選由柔性多孔結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電材料制成，其可以選自刻蝕技術(shù)制備的傳統(tǒng)材料電極，包括柔性基底上的金屬或金屬氧化物導(dǎo)電薄膜，如ITO-PET薄膜等；碳導(dǎo)電薄膜，包括碳導(dǎo)電膠帶，石墨烯薄膜，碳納米管薄膜等；導(dǎo)電高分子薄膜，包括聚吡咯，聚乙炔，摻雜復(fù)合材料薄膜等。根據(jù)本發(fā)明，對導(dǎo)電薄膜電極層的材料的選擇沒有限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體的應(yīng)用選擇合適的材料，只要其可以與本發(fā)明制備的納米纖維薄膜組合在一起形成壓電傳感器件，與纖維薄膜相匹配的導(dǎo)電薄膜電極層厚度一般為 100-1000nm。
本發(fā)明的納米纖維薄膜由聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物制成，優(yōu)選所述納米纖維薄膜通過靜電紡絲制成。聚偏二氟乙烯由于壓電常數(shù)高，因此在本領(lǐng)域中被廣泛用于制備壓電器件。本發(fā)明還優(yōu)選使用聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物制備納米纖維薄膜，從而使纖維薄膜具有更好的力學(xué)和壓電性能。出于生物相容性的考慮，本發(fā)明中使用氟化烯烴，優(yōu)選三氟乙烯。使用氟化烯烴與偏二氟乙烯形成的聚合物具有良好的生物相容性，并且具有良好的柔軟性。在聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物中，為了使最終的納米纖維薄膜具有較好的壓電性能，聚偏二氟乙烯的摩爾含量為55-85 %，優(yōu)選70-80 %。本發(fā)明的壓電力學(xué)傳感器由納米纖維薄膜層和導(dǎo)電薄膜電極層組成，導(dǎo)電薄膜電極層配置在本發(fā)明的纖維薄膜層的兩側(cè)，兩者可以通過本領(lǐng)域公知的方法組合在一起，例如通過本領(lǐng)域中已知的貼合工藝。在本發(fā)明的制備壓電力學(xué)傳感器的方法(下面簡稱“本發(fā)明的方法”)中，有機溶劑可以是單一溶劑，也可以是混合溶劑。單一溶劑可以選自丙酮、丁酮或二甲基甲酰胺中的任一種，優(yōu)選丙酮或丁酮?；旌先軇┛梢赃x自丙酮或丁酮與二甲基甲酰胺組成的混合溶劑，其中丙酮或丁酮在混合溶劑中的含量為50-70wt% H^^n，50wt%，55wt%，60wt%，65被％，70被％等)，優(yōu)選丙酮含量為50-70被％的丙酮和二甲基甲酰胺的混合溶劑。有機溶劑的選擇主要基于以下任一種考慮1.聚合物的良溶劑上述幾種溶劑都是聚合物的常見良溶劑，可以得到均勻的溶液。2.有利于紡絲過程的進行紡絲過程要求溶液具有一定的粘度，且溶劑為易揮發(fā)的溶劑，基于此選擇易揮發(fā)的丙酮或丁酮與粘度合適的二甲基甲酰胺。此外，混合溶劑的比例也直接影響紡絲過程的進行和所得樣品的均勻性，實驗表明50-70wt%可以有效避免紡絲過程中噴口處溶液凝聚、射流不穩(wěn)、樣品殘存顆粒等問題，因此在使用混合溶劑的情況下，優(yōu)選丙酮或丁酮在混合溶劑中的含量為50-70wt%。在本發(fā)明的方法中，所采用的靜電紡絲裝置的典型結(jié)構(gòu)如圖I中所示，其可以采用市售的裝置，例如，日本加多技術(shù)有限公司的NEU-010納米纖維紡絲設(shè)備，北京康森特科技有限公司制造的靜電紡絲設(shè)備，濟南良?？萍加邢薰镜碾娂徑z設(shè)備等。在本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方案中，在圖I所示的靜電紡絲裝置中，典型的紡絲工藝條件為在9-18kv的電壓下，以I. 2-1. 6ml/h的推進速度將待紡溶液紡絲4h，在靜電紡絲裝置的接收極板上得到厚度為30-50 μ m的纖維薄膜，然后將得到的纖維薄膜在環(huán)境溫度(例如，在22°C左右)下干燥6-8h。在優(yōu)選的實施方案中，通過本發(fā)明的方法制備的壓電力學(xué)傳感器件的靈敏度為30-65mV/N。實施例以下實施例均采用如圖I所示的靜電紡絲裝置，其中噴頭22內(nèi)徑為O. 84mm，噴頭22與接收極板3之間的垂直距離為100-200mm，一般設(shè)置為150mm。PVDF和P (VDF-TrFE)分別從美國Sigma Aldrich和法國PIEZOTECH S. A. S公司購買。實施例I以質(zhì)量比為4 6的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶劑，將一定量的PVDF粉末溶解配制成濃度為12% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為9kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為I. 2mL/h, 4h后在接收極板上得到厚度為30-40微米的纖維薄膜。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，經(jīng)過校正測試得到其靈敏度為 30mV/No實施例2以質(zhì)量比為4 6的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶 劑，將一定量的PVDF粉末溶解配制成濃度為12% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為18kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為I. 2mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為30-40微米的纖維薄膜。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，其測試靈敏度為37mV/N。實施例3以質(zhì)量比為4 6的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶劑，將一定量的P (VDF-TrFE)(PVDF TrFE摩爾比為55 45)粉末溶解配制成濃度為12% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為12kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為I. 6mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為40-50微米的纖維薄膜，圖3(a)為纖維膜的掃描電子顯微鏡照片。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，其測試靈敏度為30. 9mV/N。實施例4以質(zhì)量比為4 6的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶劑，將一定量的P (VDF-TrFE)(PVDF TrFE摩爾比為70 30)粉末溶解配制成濃度為12% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為12kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為I. 6mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為40-50微米的纖維薄膜，圖3(b)為纖維膜的掃描電子顯微鏡照片。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，其測試靈敏度為55mV/N。實施例5以質(zhì)量比為4 6的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶劑，將一定量的P (VDF-TrFE)(PVDF TrFE摩爾比為77 23)粉末溶解配制成濃度為12% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為12kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為I. 6mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為40-50微米的纖維薄膜，圖3(c)為纖維膜的掃描電子顯微鏡照片。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，利用測試系統(tǒng)得到傳感器件的響應(yīng)曲線如圖4和圖5所示，其測試靈敏度為60. 5mV/N。實施例6以質(zhì)量比為4 6的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶劑，將一定量的PVDF粉末溶解配制成濃度為12% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為12kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為1.6mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為40-50微米的纖維薄膜，圖3(d)為纖維膜的掃描電子顯微鏡照片。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，經(jīng)過校正其測試靈敏度為40. 6mV/N。實施例7
以質(zhì)量比為4 6的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶劑，將一定量的PVDF粉末溶解配制成濃度為10% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為12kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為1.6mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為30-40微米的纖維薄膜，圖3(e)為纖維膜的掃描電子顯微鏡照片。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，其測試靈敏度為30mV/N。實施例8以質(zhì)量比為4 6的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶劑，將一定量的PVDF粉末溶解配制成濃度為15% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為12kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為1.6mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為40-50微米的纖維薄膜，圖3(f)為纖維膜的掃描電子顯微鏡照片。 紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，其測試靈敏度為42mV/N。實施例9以質(zhì)量比為5 5的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶劑，將一定量的PVDF粉末溶解配制成濃度為12% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為12kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為1.6mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為40-50微米的纖維薄膜。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，其測試靈敏度為40mV/N。實施例10以質(zhì)量比為3 7的二甲基甲酰胺和丙酮混合劑為溶劑，將一定量的PVDF粉末溶解配制成濃度為12% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為12kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為1.6mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為40-50微米的纖維薄膜。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，其測試靈敏度為42mV/N。實施例11以丁酮為溶劑，將一定量的P (VDF-TrFE) (PVDF TrFE摩爾比為77 23)粉末溶解配制成濃度為12% (w/v)的待紡溶液。將配制好的溶液置于噴射器的儲液腔內(nèi)，開啟紡絲裝置電源，設(shè)置高壓電源輸出電壓為12kV，設(shè)置噴射器溶液推進速度為1.6mL/h，4h后在接收極板上得到厚度為40-50微米的纖維薄膜。紡絲得到的纖維薄膜經(jīng)過6-8h的干燥，將其與上下兩層ITO-PET薄膜組合得到如圖2所示的傳感器件，其測試靈敏度為57mV/N。從圖3可以看出，通過本發(fā)明的方法制備的納米纖維薄膜是多孔薄膜，因此由此納米纖維薄膜制備的傳感器件透氣性好、質(zhì)輕柔軟。與圖6中現(xiàn)有技術(shù)的壓電陶瓷和塑性高分子薄膜結(jié)構(gòu)((A) BsPT [ (1-x) BiScO3-XPbTiO3]壓電陶瓷，(B)鈷酸鋰(LiCoO2)壓電陶瓷，(C)溶劑揮發(fā)法制備的P(VDF-TrFE)薄膜)相比，本發(fā)明的納米纖維薄膜的結(jié)構(gòu)在透氣性和柔軟性方面有了很大的改進和提高。從圖4和圖5中的響應(yīng)曲線可以看出，根據(jù)本發(fā)明的方法制備的壓電力學(xué)傳感器件的響應(yīng)曲線和靈敏度完全符合用于醫(yī)療、服飾領(lǐng)域的壓電傳感器的應(yīng)用要求。
權(quán)利要求
1.一種壓電力學(xué)傳感器，其由納米纖維薄膜層和導(dǎo)電薄膜電極層組成，其特征在于所述納米纖維薄膜層由聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物制成；所述導(dǎo)電薄膜電極層由柔性多孔電極制成，其配置在所述納米纖維薄膜層的表面和背面兩側(cè)上，其中所述聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物中聚偏二氟乙烯的摩爾含量為55-85%，優(yōu)選70-80%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的傳感器，其特征在于所述氟化烯烴為氟化乙烯，優(yōu)選三氟乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓電力學(xué)傳感器，其特征在于所述導(dǎo)電薄膜電極為選自下列的任一種應(yīng)用于柔性基底上的金屬或金屬氧化物導(dǎo)電薄膜；碳導(dǎo)電薄膜；導(dǎo)電高分子薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的壓電力學(xué)傳感器，其中所述導(dǎo)電薄膜電極為ITO-PET 薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的壓電力學(xué)傳感器，其特征在于所述壓電力學(xué)傳感器的靈敏度為30-65mV/N。
6.一種制備壓電力學(xué)傳感器的方法，包括以下步驟 1)將聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物溶解在有機溶劑中，得到8-20%(w/v)，優(yōu)選10-15% (w/v)的待紡溶液，其中所述有機溶劑為聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物的良溶劑，且所述聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物中聚偏二氟乙烯的摩爾含量為55-85%，優(yōu)選70-80% ； 2)在靜電紡絲裝置中將步驟I)獲得的待紡溶液靜電紡絲，在所述靜電紡絲裝置的接收極板上得到纖維薄膜；和 3)將步驟2)中得到的纖維薄膜在環(huán)境溫度下干燥6-8h，然后將兩層由柔性多孔電極制成的導(dǎo)電薄膜電極分別布置在干燥的纖維薄膜的表面和背面上，從而得到壓電力學(xué)傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的方法，其特征在于所述氟化烯烴為氟化乙烯，優(yōu)選三氟乙烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述有機溶劑為單一溶劑或混合溶劑，其中所述單一溶劑選自丙酮、丁酮和二甲基甲酰胺中的任一種，優(yōu)選丙酮或丁酮；所述混合溶劑選自丙酮和丁酮中的任一種與二甲基甲酰胺組成的混合溶劑，其中丙酮或丁酮在所述混合溶劑中的含量為50-70wt%，優(yōu)選丙酮含量為50-70wt%的丙酮和二甲基甲酰胺的混合溶劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電薄膜電極為選自下列的任一種柔性基底上的金屬或金屬氧化物導(dǎo)電薄膜；碳導(dǎo)電薄膜；導(dǎo)電高分子薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電薄膜電極為ITO-PET薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型柔性壓電力學(xué)傳感器，其由納米纖維薄膜層和導(dǎo)電薄膜電極層組成，其中所述納米纖維薄膜層由壓電材料聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物制成，并且所述聚偏二氟乙烯-氟化烯烴共聚物中聚偏二氟乙烯的摩爾含量為55-85％，優(yōu)選70-80％。本發(fā)明還提供了所述柔性力學(xué)傳感器的制備方法。
文檔編號G01L1/16GK102954848SQ20111023504
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者徐春葉, 任廣義, 鄭建明 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)