[发明专利]一种PVDF基碳纤维复合压电传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种PVDF基碳纤维复合压电传感器，其特征在于，所述复合压电传感器包括正极碳纤维织物层、负极碳纤维织物层、介电层以及第一至第四聚偏氟乙烯压电聚合物层，所述正极碳纤维织物层的上、下表面分别设有第一和第二聚偏氟乙烯压电聚合物层，所述负极碳纤维织物层的上、下表面分别设有第三和第四聚偏氟乙烯压电聚合物层，所述介电层设置于第二聚偏氟乙烯压电聚合物层和第三聚偏氟乙烯压电聚合物层之间，第一至第四聚偏氟乙烯压电聚合物层作为基质将正极碳纤维织物层、负极碳纤维织物层以及介电层融为一个整体；

所述第一至第四聚偏氟乙烯压电聚合物层的材质均为聚偏氟乙烯薄膜；

所述介电层为热熔系数高于聚偏氟乙烯薄膜，且弹性模量和强度与碳纤维相同的绝缘体；

所述正极碳纤维织物层和负极碳纤维织物层的面积相同，所述介电层的面积大于所述正极碳纤维织物层的面积。

2.根据权利要求1所述的一种PVDF基碳纤维复合压电传感器，其特征在于，所述介电层的材质为凯夫拉织物。

3.根据权利要求1所述的一种PVDF基碳纤维复合压电传感器，其特征在于，所述正极碳纤维织物层、负极碳纤维织物层分别作为所述复合压电传感器的外接正、负电极。

4.根据权利要求1所述的一种PVDF基碳纤维复合压电传感器，其特征在于，所述正极碳纤维织物层、负极碳纤维织物层均由微米级碳纤维交叉编制而成。

5.一种权利要求1-4任一项所述的PVDF基碳纤维复合压电传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，根据复合压电传感器的监测面积确定聚偏氟乙烯薄膜的面积，从上到下布置四层面积相同的聚偏氟乙烯薄膜，第一和第二层聚偏氟乙烯薄膜之间布置正极碳纤维织物层，第二和第三层聚偏氟乙烯薄膜之间布置介电层，第三和第四层聚偏氟乙烯薄膜之间布置负极碳纤维织物层，正极碳纤维织物层和负极碳纤维织物层的面积相同，且大于聚偏氟乙烯薄膜的面积，介电层的面积大于正极碳纤维织物层的面积；

步骤2，采用热熔冷却方法使得聚偏氟乙烯薄膜形成聚偏氟乙烯压电聚合物层，从而将正极碳纤维织物层、负极碳纤维织物层以及介电层融为一个整体，得到初步的复合压电传感器；

步骤3，将步骤2得到的初步的复合压电传感器通过交变电场接触极化，形成强压电特性，得到最终的复合压电传感器。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，热熔冷却的过程为：采用热压机施加7kPa压力，并保持环境温度200℃持续加热4小时，撤去压力和温度，自然冷却至室温，从而形成聚偏氟乙烯压电聚合物层。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，极化过程包括：将正极碳纤维织物层与交流电源的极化上电极相连，将负极碳纤维织物层与交流电源的极化下电极相连，将初步的复合压电传感器置于恒温液槽中的绝缘玻纤板之间，将恒温液槽内充满硅油使得初步的复合压电传感器完全浸入，加热硅油并保持温度为75℃，可控交流电源在两电极上施加幅值为2000V、频率为0.2Hz的交流高压进行极化，极化时间保持20min，之后进行降温，待降到常温后撤去极化电场，即完成极化过程。