[发明专利]一种声电转换效率高的柔性声传感器

说明书

本发明涉及一种声电转换效率高的柔性声传感器，具有复合层结构，包括相邻的压电膜层和下电极层，压电膜层的单侧表面仅部分与下电极层结合，其余部分与下电极层之间设有空腔；柔性声传感器在分贝为80dB且频率为220Hz的声波下的最大电压输出为0.9～2.7mV/cm²。本发明的柔性声传感器的声电转换效率高，相对于压电膜层与下电极层完全贴合的柔性声传感器的声电转换效率提高了50％～350％，同时，本发明的柔性声传感器的制备工艺简单，不改变其主体结构模式，不影响传感器柔性，有效解决了由于下电极材料的吸振现象限制压电膜的振动效果，导致柔性声传感器的声电转换效率被大大削弱的问题。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种包含相邻的压电膜层和下电极层的声电转换效率高的柔性声传感器，特别涉及一种压电膜层的单侧表面仅部分与下电极层结合，其余部分与下电极层之间设有空腔的柔性声传感器。

背景技术

声传感器是作为人类与机器之间一种最直观的双向通信设备，一直受到广泛关注。然而，传统声学传感器采用电容式设备来测量两个电极层之间的电容，具有灵敏度低、体积大、刚性强、难以集成等问题。

压电材料是一种晶体材料，其特点是当其受外力而产生变形时，会由于内部极化而在表面上产生电荷，常用的压电材料有石英体、压电陶瓷、压电高聚物和压电复合材料。其中，压电高聚物如PVDF(聚偏二氟乙烯)等与传统的压电材料(石英晶体、钛酸钡、压电陶瓷等)相比，具有重量轻、柔软性好、频率响应宽和动态响应范围大等特点，且经过拉伸和极化处理之后，由压电高聚物制得的压电膜能显示出较强的压电特性。因此，近年来，由PVDF等压电高聚物制得的压电膜材料在声传感器领域有了颇为广泛的应用。

包含压电膜的声传感器的作用机理为：声波作用于压电膜表面使其产生振动，压电膜表面在振动机械应力作用下产生电荷，再由电极将电荷导出。这种传感器整合了压电膜材料良好的柔性与模块化设计带来的可替换性，可以直接在人体表面贴附，在生物医学等领域有着广泛的用途。然而由压电膜制备声传感器时，需要将压电膜与下电极结合，由于压电膜材料比较柔软轻薄，当其与下电极材料直接贴附时，下电极材料的吸振现象将严重限制压电膜的振动效果，使材料的声电转换效率被大大削弱。

因此，亟待研究一种声电转换效率高的柔性声传感器。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种声电转换效率高的柔性声传感器，本发明主要是通过减少压电膜与下电极的接触面积，同时在二者之间设置空腔提高柔性声传感器整体的声电转换效率的，本发明的柔性声传感器整体的制备工艺简单，无需复杂加工工艺，不改变其主体结构模式，不影响传感器柔性。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

一种声电转换效率高的柔性声传感器，具有复合层结构，包括相邻的压电膜层和下电极层，压电膜层的单侧表面仅部分与下电极层结合，其余部分与下电极层之间设有空腔；柔性声传感器在分贝为80dB且频率为220Hz的声波下的最大电压输出为0.9～2.7mV/cm²。

现有技术中声电转换效率可通过一定条件下即一定分贝、一定频率下的单位面积的最大电压输出来表征，单位面积的最大电压输出越大，声电转换效率越高，反之，则反。当压电膜层的单侧表面全部与下电极层结合时，柔性声传感器在分贝为80dB且频率为220Hz的声波下的最大电压输出为0.6mV/cm²，本发明的柔性声传感器在分贝为80dB且频率为220Hz的声波下的最大电压输出为0.9～2.7mV/cm²，对比可以看出，控制压电膜层的单侧表面仅部分与下电极层结合，其余部分与下电极层之间设有空腔后，柔性声传感器的声电转换效率显著提升。