[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

说明书

本申请公开了一种基于摩擦纳米发电机的压力传感器及其制备方法、应用，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、支撑体和摩擦电负性材料薄膜，至少一个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。通过在摩擦电负性材料薄膜表面制备凸起，可有效降低传感器的检测限，提高检测灵敏度，且扩大检测范围。

技术领域

本申请涉及一种基于摩擦纳米发电机的压力传感器及其制备方法、应用，属于新型传感器技术领域。

背景技术

2012年，王中林团队发表了《Flexible triboelectric generator》，主要为基于接触起电和静电感应耦合的摩擦纳米发电机，其在能量采集和传感器设计领域取得了广泛应用。基于摩擦纳米发电机的压力传感器大部分适用于低压范围(1kPa)，其中应用于高压范围(1kPa)的压力传感器存在着检测限较高的问题和灵敏度差的问题。此外，上述的压力传感器大部分是通过有线连接，给使用者带来不便。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种检测限低，灵敏度高，检测范围广的压力传感器制备方法，以及提供了一种由16个压力传感器组成的无线传感阵列用于运动检测。

根据本申请的一个方面，提供了一种基于摩擦纳米发电机的压力传感器，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、支撑体和摩擦电负性材料薄膜，至少一个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。

在静止状态下，摩擦电正性材料层与凸起只有极小的接触面积，在外力作用下，摩擦电负性材料薄膜发生形变而与摩擦电正性材料层发生接触或分离，基于该相对面积的变化产生电信号。其中，摩擦电负性材料薄膜上的凸起不仅降低检测限，同时还能提高检测灵敏度。

可选地，所述摩擦电负性材料薄膜包括纳米颗粒。

可选地，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。

可选地，所述摩擦电正性材料层为导电材料。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，所述凸起为微米级圆柱凸起。

可选地，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。

可选地，所述凸起的直径选自50μm、100μm、150μm、200μm、300μm中的任意值或两值之间的范围值。

可选地，所述凸起的高度选自150μm、300μm、450μm、600μm、750μm、900μm中的任意值或两值之间的范围值。