[发明专利]一种自供电压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，尤其是涉及一种灵敏度高的自供电压力传感器。

背景技术

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。2006年，美国佐治亚理工学院王中林教授研究组首次成功实现了利用氧化锌纳米线将机械能转化成电能的压电式纳米发电机。随后，以压电效应为基础，基于不同材料和结构的各种纳米发电机被相继研制出来。以及利用氧化锌纳米线的压电效应，将其制成压力传感器具有高灵敏度。申请号为201010597243.X的中国发明专利文献公开了一种高压电响应氧化锌柔性压力传感器及其制备方法，属于压电材料技术领域。该传感器中，上电极、氧化锌掺杂层、下电极和柔性基底依次自上而下相叠而成，上电极厚度为50～100纳米，氧化锌掺杂层的厚度为80～120纳米，下电极的厚度为40～80纳米，柔性基底的厚度为0.05～0.1毫米。该专利申请公开利用氧化锌纳米线压电效应高灵敏度的压力传感器，但是氧化锌纳米线薄膜生产存在生产工艺复杂，可控性弱，使用寿命短等问题。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题而提供了一种制作简单、灵敏度高的自供电压力传感器。

本发明提供了一种自供电压力传感器，包括第一感应电极、第二感应电极和居间薄膜，所述第一感应电极包括一侧表面设置有导电薄膜的第一高分子聚合物绝缘层；所述第二感应电极包括一侧表面设置有导电薄膜的第二高分子聚合物绝缘层；所述居间薄膜为第三高分子聚合物绝缘层，且其一侧表面设有微纳凹凸结构；所述居间薄膜未设置微纳凹凸结构的表面固定在未设置导电薄膜的第二高分子聚合物绝缘层的表面上，与第二感应电极形成一体；在所述第二感应电极上，居间薄膜微纳凹凸结构的表面与第一感应电极未设置导电薄膜的表面正对贴合而相互固定连接；所述第一感应电极上的导电薄膜和第二感应电极上的导电薄膜均为感应信号输出极。

本发明所述第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层、第三高分子聚合物绝缘层材质能够相同，也能够不同。如果三层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小，使传感器灵敏度降低。因而，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层相同，并与第三高分子聚合物绝缘层材质不同，能够保证灵敏度，减少材料种类，并使本发明的制作更加方便。

当在特殊领域应用时，需要将本发明的自供电压力传感器制作成全透明时，所述第一高分子聚合物绝缘层、所述第二高分子聚合物绝缘层和第三高分子聚合物绝缘层均为透明材料。所述第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和第三高分子聚合物绝缘层的材质分别为各自选自透明高聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和液晶高分子聚合物（LCP）中的一种。所述导电薄膜为铟锡氧化物（ITO）、石墨烯电极和银纳米线膜中的一种。采用上述优选材料后，这时整个器件是一个全透明柔性装置。

所述第一感应电极、第二感应电极和居间薄膜为柔性平板结构，用于通过其任意弯曲、变形造成所述电极摩擦起电，产生感应信号。柔性平板结构能够扩大自供电压力传感器的应用环境，比如表面不规则物体的压力测量，随意弯曲能够制成便于携带的传感器。

所述居间薄膜表面的微纳凹凸结构为纳米级至微米级的凹凸结构。所述居间薄膜表面的微纳凹凸结构为有规则的凹凸结构，凹凸结构为条纹状、立方体型、四棱锥型或圆柱形中的一种。所述微纳凹凸结构为纳米级至微米级的凹凸结构；微纳凹凸优选为纳米级的凹凸，大小为50nm-300nm，纳米凹凸能够使摩擦接触面积增大，从而提高摩擦起电效率，提高压力传感器的灵敏度。