[发明专利]基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器制作方法

说明书

本发明公开提供一种基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器制作方法，所述传感器包括电极本体和封装层；电极本体是自下而上依次分布的基层、PVDF纳米纤维和叉指电极；所述PVDF纳米纤维是通过公知静电纺丝法，在接受极板上两片铝片之间设置的硅片上收集的PVDF纳米纤维层；在PVDF纳米纤维层上通过磁控溅射方法溅射出铝电极；所述封装层以及基层的材质均是聚二甲基硅氧烷PDMS胶体；其特征在于：采用涂覆工艺，将PVDF纳米纤维转移到所述基层（5）PDMS薄膜层上；采用浸涂工艺，将聚二甲基硅氧烷PDMS胶体封装在所述电极本体的外表面。传感器对于不同的振动幅度或者是振动频率，其输出响应敏感性强，可很好的描述一些物体的振动以及运动状态。

技术领域

本发明涉及一种基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器制作方法，具体涉及一种基于PVDF(聚偏氟乙烯)纳米纤维压电发电效应的自供电振动传感器的制作方法，属于有机一维纳米功能材料及传感器领域。

背景技术

传感器是将物理量、化学量或生物量转换为可测量电信号的器件，其中振动传感器包括：机械式、光学式、电测式等三种，一般的振动传感需要外部电源供电，这对微应用领域来说，增加了制作成本，限制了它的应用场合。PVDF作为一种有机压电材料，其柔性非常好，是作为超柔性振动传感器的最佳选择；公知的钙钛矿结构压电材料虽然压电性能相对较好，但是这类材料中运用得比较多的PZT(锆钛酸铅)、PMN-PT(铌镁酸铅钛酸铅)等含有对环境污染较严重的Pb(铅)元素，且这些材料相对来说脆性比较大，并不适合制作超柔性振动传感器。另外PVDF通过静电纺丝法可以将没有压电性能的α相的PVDF粉末制备成一种具有压电性能的β相多孔纤维薄膜，并且在器件的制作过程中是用生物相容性、柔性、耐久性都非常好的PDMS进行包裹，因此整个器件结构非常稳定，耐久性非常好，形状可以根据需求不同而改变，传感器的厚度理论上可以做到十几个微米，并可将多个传感器叠加串联以提高压电信号输出。

2011年7月22日王中林等人申请的发明专利《基于ZnO纳米纤维的自供电振动传感器及其制作方法》以及相应的文章(“Nanogenerator as self-powered vibrationsensor”，《Nano Energy》,1:418-423(2012))中虽然也提供了一种自供电振动传感器的制作方法，但该方法制作过程比较复杂并且所用半导体型压电材料ZnO脆性较高；另一方面因它采用上下电极并且上下电极的封装材料不同，且没有整体封装，因此器件厚度相对较厚，结构相对不稳固。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提供一种基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器制作方法，所述柔性振动传感器包括：电极本体和PDMS封装层；所述电极本体包括：自下而上依次分布的PDMS基层、PVDF纳米纤维、叉指电极，所述叉指电极引出端连接有导出电极；所述PDMS基层是设定厚度的聚二甲基硅氧烷胶体、所述PVDF纳米纤维是通过静电纺丝法制备并用硅片收集的PVDF纳米纤维、所述叉指电极是通过磁控溅射方法在所述PVDF纳米纤维上溅射的一层叉指电极、所述PDMS封装层是封装在所述电极本体上下及四周六个外表面的聚二甲基硅氧烷胶体。本发明制得的柔性振动传感器具备：对于不同的振动幅度或者是振动频率，其输出响应敏感性强，可以用来很好的描述一些物体的振动以及运动状态。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器制作方法，所述柔性振动传感器包括：电极本体和封装层；所述电极本体包括：自下而上依次分布的：设定厚度的基层(5)、PVDF纳米纤维(1)和叉指电极(2)；所述叉指电极(2)引出端连接有导出电极(3)；所述PVDF纳米纤维是通过静电纺丝法，在接受极板上的两片铝片之间设置的洁净硅片上收集的PVDF纳米纤维层；所述叉指电极是通过磁控溅射方法，在所述PVDF纳米纤维层上溅射出的铝电极；所述基层(5)是由聚二甲基硅氧烷PDMS胶体构成的薄膜层，所述封装层的材质也是聚二甲基硅氧烷PDMS胶体；所述PDMS胶体是将固化剂和PDMS预聚物，按质量比为1：8～12的比例配置；其特征在于：