[发明专利]基于摩擦纳米发电机的压力传感器及其制备方法、应用

权利要求书

1.一种基于摩擦纳米发电机的压力传感器，其特征在于，包括正电产生端和负电产生端；

所述正电产生端包括基底I和摩擦电正性材料层，所述摩擦电正性材料层贴合于所述基底I上；

所述负电产生端包括基底II、至少一个支撑体和摩擦电负性材料薄膜，所述支撑体的平面端固定在所述基底II上，所述支撑体的凸面端覆盖有所述摩擦电负性材料薄膜；

所述摩擦电负性材料薄膜上设有均匀的凸起；

在所述支撑体的凸面端最高点上的所述凸起与所述摩擦电正性材料层接触。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述摩擦电负性材料薄膜包括纳米颗粒；

优选地，所述纳米颗粒选自钛酸钡、碳纳米管、锡酸锌、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氮化硅、氮化铝中的至少一种；

优选地，所述摩擦电正性材料层为导电材料；

优选地，所述摩擦电正性材料层的材料选自金、银、铜、铁、镍、铝、碳纤维、石墨中至少一种；

优选地，所述基底I选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、全氟乙烯丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；

优选地，所述基底II选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、全氟乙烯丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述凸起为微米级圆柱凸起；

优选地，所述凸起的直径为50～300μm，所述凸起的高度为150～900μm，相邻所述凸起之间的间隔为50～500μm；

优选地，所述摩擦电负性材料薄膜的厚度为50～100μm；

优选地，所述摩擦电正性材料薄膜的厚度为50～100μm；

优选地，所述支撑体选自半圆柱支撑体或半球状支撑体。

4.一种权利要求1至3任意一项所述的压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将摩擦电正性材料层贴合于基底I上，得到正电产生端；

b)将含有摩擦电负性材料聚合物、纳米颗粒、溶剂I的混合溶液I倒入带有凹槽的模具中，固化I后得到摩擦电负性材料薄膜；

c)将含有聚合物、溶剂II的混合溶液II倒入支撑体模具中，固化II后得到支撑体；

d)所述支撑体的平面端和凸起端通过固定胶分别与基底II和摩擦电负性材料薄膜贴合，得到负电产生端。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述模具的凹槽直径为50～300μm，凹槽深度为150～900μm，相邻凹槽的间隔为50～500μm；

优选地，所述支撑体模具为半圆柱或半球状。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述摩擦电正性材料层与基底I的贴合方式选自真空蒸镀法、溅射镀膜、化学气相沉积、旋涂中的一种；

优选地，所述固化I的温度为50～180℃，固化I的时间为0.5～6h；

优选地，所述固化II的温度为50～180℃，固化II的时间为0.5～6h。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述摩擦电负性材料聚合物选自聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯、聚醚砜中的至少一种；

优选地，步骤c)中，所述聚合物选自聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯、聚醚砜中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述混合溶液I中，所述摩擦电负性材料聚合物与纳米颗粒的质量比为100：(1～50)；

优选地，所述混合溶液II中的聚合物的浓度为：3wt％～10wt％。