[发明专利]一种压电传感器的制备方法及压电传感器的应用在审
申请号: | 201810660256.3 | 申请日: | 2018-06-25 |
公开(公告)号: | CN109060199A | 公开(公告)日: | 2018-12-21 |
发明(设计)人: | 孙彬;郭文哲;谭岑孝;龙云泽;刘刚 | 申请(专利权)人: | 青岛大学;青岛启弘信息科技有限公司 |
主分类号: | G01L1/16 | 分类号: | G01L1/16;A61B5/11;G08C17/02 |
代理公司: | 上海晨皓知识产权代理事务所(普通合伙) 31260 | 代理人: | 成丽杰 |
地址: | 266073 *** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 压电传感器 制备 静电纺丝 前驱体溶液 纳米复合材料 纤维膜 静电纺丝技术 纳米陶瓷材料 无线发射装置 应用 高分子材料 人体部位 人体健康 人体运动 无线监测 信号通过 远程医疗 灵敏度 电极 裁剪 封装 手机 衣物 监测 | ||
本发明属于技术领域,公开了一种压电传感器的制备方法及压电传感器的应用。本发明所提供的压电传感器的制备方法基于静电纺丝技术,包含如下步骤:制备静电纺丝前驱体溶液:以静电纺丝前驱体溶液进行静电纺丝,得到纳米复合材料纤维膜;对纳米复合材料纤维膜裁剪、制备电极、封装,制得压电传感器;所述静电纺丝前驱体溶液中包含高分子材料和纳米陶瓷材料。将本发明的压电传感器与无线发射装置相连,并固定于运动的人体部位或衣物上,压电传感器发出的信号通过手机app接收,实现人体运动无线监测;本发明所制得的压电传感器具有较高的灵敏度和较好的稳定性,在人体健康监测、远程医疗等方面具有广泛的应用价值。
技术领域
本发明属于静电纺丝技术领域,特别涉及一种压电传感器的制备方法及所制得的压电传感器的应用。
背景技术
压力传感器是能感受压力信号、并按照一定规律将施加于其上的压力信号转换成可用的电信号的器件或装置。按照电信号的不同,可以分为电阻式、电容式、压电型和摩擦电型压力传感器。近几年来,新一代微纳米压力传感器由于其自身具有易加工性、耐久性,以及高度敏感性等一系列独特性能而引起了研究者的广泛兴趣,包括纳米颗粒、纳米线、纳米管和纳米纤维在内的纳米材料和结构被纷纷用于制备各种微纳米压力传感器。其中,压电型压力传感器(简称压电传感器)因其材料价格低廉、易批量制备,特别是不需要外接电源(即自驱动性)而被广泛研究。但是应该看到,随着科技的发展,人们对于各类可穿戴、便携式微纳米传感器的需求日益增长,特别是能把信号实时传输,用来远程监测人体运动和健康情况。
静电纺丝技术是一种制备准一维微纳米纤维的技术,具有操作工艺简单以及适用广泛等特点,近十几年来被持续关注。由于静电纺丝纤维的优良性能以及在过滤装置、生物医学、纺织服装、纳米电子器件、传感器、光学器件、能源收集/存储/转化器件、纳米复合材料等方面的广阔应用前景,科研人员对其制造方法进行了广泛的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用静电纺丝技术制备用于人体运动无线监测的静电纺丝压电传感器的方法、以及所制得的压电传感器的应用。本发明的压电传感器在受到外界压力的情况下,产生的压电信号、并通过实时传输由手机app捕捉和还原,从而实现人体运动无线监测的目的。
为解决上述技术问题,本发明的实施方式所提供的压电传感器的制备方法,包含如下步骤:(1)制备静电纺丝前驱体溶液:(2)以静电纺丝前驱体溶液进行静电纺丝,得到纳米复合材料纤维膜;(3)对纳米复合材料纤维膜裁剪、制备电极、封装,制得压电传感器;所述静电纺丝前驱体溶液中包含高分子材料和纳米陶瓷材料,所述高分子材料选自聚偏氟乙烯及其嵌段共聚物、聚氨酯或聚酰亚胺,所述纳米陶瓷材料选自零维纳米颗粒、一维纳米线、一维纳米管、二维纳米片中的至少一种。
优选地,所述纳米陶瓷材料为具有压电性能的半导体陶瓷材料制成。进一步优选地,所述半导体陶瓷材料选自氧化锌、钛酸钡系、锆钛酸铅二元系或其混合物。
相对于现有技术,本发明的实施方式所提供的压电传感器的制备方法及该方法所制备的压电传感器具有以下突出的技术效果:首先,本发明中的纳米复合材料纤维膜中含有纳米陶瓷材料,由于纳米陶瓷材料具有较高的机电耦合效应和偶极矩,有助于增强复合材料的压电性能;并且纳米陶瓷材料被包裹在电纺纤维中,因此在纳米陶瓷和纤维之间容易形成肖特基势垒和欧姆接触,从而形成内建电势差,即纳米陶瓷材料与压电高分子纤维之间形成协同促进作用,因此制得的基于电纺聚合物/纳米陶瓷的纳米复合材料纤维膜比纯高分子纤维膜具有更优良的压电性能。其次,静电纺丝步骤中的高电压电场以及对于纤维的机械拉伸可以产生区域极化,而不需要额外的极化过程,从而促进纤维的压电性能,保证了最终获得的压电传感器具有较高的灵敏度和较好的稳定性。
优选地,所述制备静电纺丝前驱体溶液的方法包括:将高分子材料加入到有机溶剂中,充分溶解,将纳米陶瓷材料均匀分散到上述溶液中。
本发明的实施方式还提供上述方法制备得到的压电传感器在人体运动无线监测中的应用。
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