[发明专利]多应力传感的自驱动复合传感器有效
申请号: | 201810319014.8 | 申请日: | 2018-04-10 |
公开(公告)号: | CN110174196B | 公开(公告)日: | 2021-05-14 |
发明(设计)人: | 陈翔宇;任泽伟;其他发明人请求不公开姓名 | 申请(专利权)人: | 北京纳米能源与系统研究所 |
主分类号: | G01L1/16 | 分类号: | G01L1/16;G01L5/167 |
代理公司: | 中科专利商标代理有限责任公司 11021 | 代理人: | 任岩 |
地址: | 101400 北京市*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 应力 传感 驱动 复合 传感器 | ||
本发明公开了一种多应力传感的自驱动复合传感器,包括:基底;电极层,位于基底之上,包含:分区电极阵列,该分区电极阵列由至少两个电极单元构成;以及第一微型毛刺阵列,分布于电极单元的上表面;以及介电层,与电极层相对设置,包含:介电层基底;以及第二微型毛刺阵列,分布于介电层基底的下表面;其中,电极层与介电层相贴合,第一微型毛刺阵列与第二微型毛刺阵列呈交叉分布状态,并且每个电极单元的第一微型毛刺阵列具有未被介电层上的第二微型毛刺阵列覆盖的部分。该自驱动复合传感器可同时表征复合作用力中正向力和切向力的大小、作用位置、以及方向等,毛刺的形变还有助于对微弱的切向力进行有效的检测,提高了所检测力的范围和精度。
技术领域
本公开属于摩擦纳米发电机及力的传感与检测领域,涉及一种多应力传感的自驱动复合传感器。
背景技术
随着全球日益增长的能源需求以及人们对传统能源保护开发的呼声日益高涨,寻找新的、可持续发展、且环境友好型的能源获取途径成为了各国科学家的关注和研究重点。在这一大的背景下,2012年佐治亚理工学院的王中林教授成功研制出摩擦纳米发电机。以摩擦起电和静电感应为基础,利用所设计的一系列结构的发电机对日常生产生活中的能量进行有效地收集和利用,开辟了能源再利用的新模式,目前该技术已得到大量的实践和应用。同时,由于摩擦纳米发电机无需依靠外部电源的自驱动特点,以其为基础的传感器设计和研究应用也成为了近年来的热点。尤其考虑到摩擦发电机器件的物理电学输出与外部作用物体相互间的关系,这种通过摩擦起电来实现自供能传感的器件很适用于人机交互、智能机器人等领域中被广泛使用的力学传感器的设计和制造上。
在力学传感器的设计中,为了模拟人的触觉,实现准确有效的传感信息交互,除要求所设计的力学传感器必须具有较高的灵敏度外,还需同时实现对正向压力以及切向力的同时检测。针对切向力的传感,不仅需要力学传感器可以辨识力的大小,而且还需要其能够判断力的方向。然而在目前基于摩擦纳米发电机的力学传感器研究中,大都是针对正向力的检测,对切向力特性的检测却没有得到充分的研究,相关的用于检测切向力的大小和方向的器件也处于开发不足的阶段。这在一定程度上限制了摩擦纳米发电机作为一款自驱动传感器在力的检测和传感技术领域的应用。因此,亟需开发出一种新型的自驱动力学传感器件,对外部施加的诸如正向力与切向力等作用力能够同时实现大范围、多方向的检测,这对于当下智能机器人、可穿戴一体化自驱动设备的发展具有重要作用,并在一定程度上缓解当前社会面临的能源紧缺与传统能源供给的污染问题,具有重要的经济效益和社会价值。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种多应力传感的自驱动复合传感器,以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面,提供了一种多应力传感的自驱动复合传感器,包括:基底;电极层,位于基底之上,包含:分区电极阵列,该分区电极阵列由至少两个电极单元构成;以及第一微型毛刺阵列,分布于电极单元的上表面;以及介电层,与电极层相对设置,包含:介电层基底;以及第二微型毛刺阵列,分布于介电层基底的下表面;其中,电极层与介电层相贴合,第一微型毛刺阵列与第二微型毛刺阵列呈交叉分布状态,并且每个电极单元的第一微型毛刺阵列具有未被介电层上的第二微型毛刺阵列覆盖的部分。
在本公开的一些实施例中,多应力传感的自驱动复合传感器,还包括:静电屏蔽层,设置于介电层的上表面。
在本公开的一些实施例中,电极单元与外电路或者地相连接。
在本公开的一些实施例中,基底的材料为柔性可拉伸材料;电极单元中的电极材料为柔性导电材料;介电层的材料为柔性介电材料。
在本公开的一些实施例中,基底的形状包括如下形状中的一种或其组合:正方形、圆形、矩形、多边形、以及不规则图形;和/或电极单元的形状包括如下形状中的一种或其组合:三角形、正方形、圆形、矩形、多边形、以及不规则图形。
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