[发明专利]柔性微胶囊驻极体传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种柔性微胶囊驻极体传感器，属于驻极体传感器技术领域，包括柔性传感材料层，所述柔性传感材料层由第一聚合物基体、带电荷微胶囊材料层和第二聚合物基体组成；所述带电荷微胶囊材料层设于所述第一聚合物基体和所述第二聚合物基体之间；所述带电荷微胶囊材料的每一个微胶囊内包裹有带电荷内容物；所述柔性材料层的两侧均设有电极，所述电极上引出有导线。本发明微胶囊储存空间大、封闭性好、性能更加稳定；可以通过调节制备参数来条件微胶囊的尺寸，进而调控微胶囊的存储空间，调节电荷储存量，电荷密度就越大，灵敏度也会越高；无需聚合物膨化和高压充电过程，制备方法更加简单，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及驻极体传感器技术领域，具体涉及一种柔性微胶囊驻极体传感器及其制备方法。

背景技术

静电式柔性驻极体压力传感器主要利用的是驻极体的静电效应，在外部荷载条件下，由于静电效应，产生电信号，达到传感的效果。驻极体是一类能够长久储存电荷的电介质材料的总称。要使其储存电荷，则需要对柔性基材先进行膨化后再进行极化(充电)处理，使其内部储存电荷。驻极体的柔性聚合物基材膨化后产生的胞状闭合气隙的多孔结构，是其储存电荷所需的必要条件，目前最常见的膨化方法为高温高压条件下使聚合物内部形成胞状闭合气隙结构。

具有胞状闭合气隙的聚合物原材料，一般是由填充固体小颗粒如碳酸钙的聚合物通过双向拉伸制得的。由于固体颗粒和聚合材料杨氏模量的不匹配，在双向拉伸过程中，会形成围绕固体颗粒的微裂纹和气隙。这些颗粒周围的微裂纹和气隙，便成为胞状结构膨化时的生长点。以聚丙烯为例，首先，将双向拉伸的聚合物薄膜置于膨化炉中，对装置进行充分密闭，并向炉内充入氮气形成高压环境(3Mpa)；然后，将炉内温度缓慢升高到90℃；最后，在此条件下维持炉约2小时，使氮气在聚丙烯膜内部进行充分的扩散，氮气被慢慢压迫渗入到裂纹和缝隙处，直到薄膜内部压强和装置内气压平衡。然后快速将装置的阀门打开，此时大气中的空气和装置内的氮气迅速发生交换，使装置内压强与大气压迅速达到平衡，使裂缝膨胀成密闭的胞状气隙结构。但是，这一方法在去掉加热和加压条件后，聚合物胞状气隙结构内部的高压会逐渐沿着裂纹向外溢出，结构会产生缩小或塌陷，导致内部空间减小，降低材料储存电荷的空间。

驻极体最常见的极化方法有热极化法和电晕极化法，热极化法极化时，首先将样品以一定的升温速率从室温加热到偶极子可能发生松动取向的温度Tp，此时，加上极化电压Vp并在Tp的温度下维持电场一段时间，然后维持电场并撤去加热装置使驻极体材料自然冷却至室温，最后移去外加电场后所得的样品就成为热驻极体。热极化法中去掉外加电场后，样品会发生部分自发退极化现象。电晕极化法极化时，将样品平放在平板电极上并在针状电极与平板电极之间施加超过气隙击穿的阈值的电场以诱发空气发生击穿放电形成等离子体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法更加简单、电荷储存空间更大、封闭性更好、灵敏度高且调控、性能更加稳定的柔性微胶囊驻极体传感器及其制备方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一方面，本发明提供一种柔性微胶囊驻极体传感器，包括：

柔性传感材料层，所述柔性传感材料层由第一聚合物基体、带电荷微胶囊材料层和第二聚合物基体组成；

所述带电荷微胶囊材料层设于所述第一聚合物基体和所述第二聚合物基体之间；

所述带电荷微胶囊材料的每一个微胶囊内包裹有带电荷内容物；

所述柔性材料层的两侧均设有电极，所述电极上引出有导线。

优选的，所述第一聚合物基体和所述第二聚合物基体均为为聚二甲基硅氧烷PDMS制成。

优选的，所述带电荷内容物为利用电解池电解分离金属盐溶液获得的带电荷的粒子。