[发明专利]一种压电传感器及其制备方法和回收降解方法

说明书

本发明属于智能传感技术领域，具体涉及一种压电传感器及其制备方法和回收降解方法，柔性压电传感器中的压电复合物由分子铁电体晶体和可降解水凝胶构成，分子铁电体晶体嵌入于水凝胶的网状结构中，制备方法为：将可降解水凝胶浸泡在分子铁电体的水溶液中，使水凝胶完全浸润；将完全浸润的水凝胶烘干得到压电复合物。通过将上述压电复合物浸泡在水溶液中，分子铁电体离开水凝胶并以离子的形式溶于水溶液；对该水溶液蒸发结晶得到分子铁电体晶体并回收，同时对水凝胶生物降解，完成回收降解。本发明压电传感器在保证性能的同时可以以简便工艺实现回收、降解，满足便捷性、功能性与环境友好性兼顾的应用需求。

技术领域

本发明属于智能传感技术领域，更具体地，涉及一种压电传感器及其制备方法和回收降解方法。

背景技术

电子设备在人类社会的发展中起着至关重要的作用，被广泛应用于包括国防、工业、科学和生活的各个领域。随着现代智能可穿戴、便携式、柔性和可拉伸性电子设备以及物联网的快速发展，各种难降解、不可回收再利用的电子材料被广泛应用于柔性电子器件的集成，形成了大量的电子垃圾。电子垃圾的不当处理带来了空气、水源、土壤等多方面的污染问题，严重威胁着人类健康。

在智能传感领域，人们一直在努力探索可降解或可回收的材料，以取代电子设备中不可降解的传统功能材料，实现整体器件的可降解、回收性，解决电子废物造成的环境问题。然而基于这些环保材料的器件性能远低于传统器件。以压电传感器为例，人们采用几丁质、角蛋白和氨基酸等具有压电效应的天然生物材料制备得到了一系列可降解压电传感器，但其性能受到了天然生物材料低压电系数的限制。此外，具有压电效应的合成可降解材料，如PLLA、PHB等也不断被报道，但这些合成材料的压电性能仍不如传统的铁电陶瓷和铁电聚合物，使得所制备的传感器对机械刺激不敏感。因此如何设计一种既能回收降解又能具有较高性能的压电传感器是本领域亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明提供一种压电传感器及其制备方法和回收降解方法，用以解决现有压电传感器不能在可回收降解的同时具备较高电性能的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种柔性压电传感器，包括：压电复合物和制备在该压电复合物上下表面的电极；其中，所述压电复合物由分子铁电体晶体和可降解水凝胶构成，所述分子铁电体晶体嵌入于所述水凝胶的网状结构中。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种可回收、可降解的柔性压电传感器，该压电传感器的功能材料为分子铁电体晶体，其制备过程简单且压电性能较好，进一步该分子铁电体晶体嵌入于可降解水凝胶中，利用分子铁电体可溶于水的特性以及水凝胶的亲水性，可实现两者的结合并且结合后的复合物能够实现分子铁电体的回收以及水凝胶的降解。因此，本发明中的压电传感器基于制备过程简单、压电性能较好的分子铁电体，可以以简便的制备工艺实现回收、降解，避免了电子废弃物的产生，满足了便捷性、功能性与环境友好性兼顾的应用需求，对于可降解、回收智能电子器件的制备具有重要价值。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述可降解水凝胶为细菌纤维素水凝胶。

本发明的进一步有益效果是：细菌纤维素水凝胶具有致密的三维网络结构和丰富的亲水性羟基基团，亲水、保水性优异，便于水溶性功能填料的吸收，且它可在常见于生物体的纤维素酶作用下被自然降解为单、多糖混合物，保证了传感器的可降解特性。

进一步，所述分子铁电体为高氯酸咪唑。

本发明的进一步有益效果是：高氯酸咪唑压电系数超过常用压电聚合物PVDF及其共聚物，具有较高的压电性能，保证了压电传感器的电性能。

本发明还提供一种如上所述的柔性压电传感器的制备方法，包括：

将可降解水凝胶浸泡在分子铁电体的水溶液中，使水凝胶完全浸润；

将完全浸润的水凝胶烘干，得到压电复合物；