[发明专利]一种挠曲电柔性纳米曲率传感器及其制备和测试方法

权利要求书

1.一种挠曲电柔性纳米曲率传感器，其特征在于，所述传感器由柔性高弹体(4)、贴附在柔性高弹体(4)上下表面的柔性电极(3)以及与柔性电极(3)连接的导线组成，所述柔性高弹体(4)由表面改性纳米颗粒(1)均匀掺杂在柔性基体(2)中形成，所述表面改性纳米颗粒(1)由固相烧结法制备的纳米颗粒经表面改性后形成；当传感器受力产生弯曲时，柔性高弹体(4)因变形产生应变梯度，从而导致柔性基体中表面改性纳米颗粒自发极化，使柔性高弹体(4)上下表面分别产生正负电荷，从而实现弯曲变形过程中挠曲电信号的输出，输出灵敏度高。

2.根据权利要求1所述的挠曲电柔性纳米曲率传感器，其特征在于，所述柔性高弹体(4)的厚度为180μm-240μm，柔性电极材料(3)的厚度为0.1μm-0.2μm。

3.根据权利要求1所述的挠曲电柔性纳米曲率传感器，其特征在于，所述表面改性纳米颗粒(1)为具有钙钛矿晶胞结构的材料。

4.根据权利要求1所述的挠曲电柔性纳米曲率传感器，其特征在于，所述柔性基体(2)是聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯或环氧树脂。

5.根据权利要求1所述的挠曲电柔性纳米曲率传感器，其特征在于，所述柔性电极(3)是铝箔、银箔或金箔的金属箔材或镀有导电电极的聚合物薄膜。

6.权利要求1至5任一项所述的挠曲电柔性纳米曲率传感器的制备方法，其特征在于，利用固相烧结法制备粒径均匀的纳米颗粒，再将纳米颗粒表面改性处理，具体为：取纳米颗粒、过氧化氢和乙醇以1:5:1质量比例混合，混合超声处理均匀后回流一整夜，离心、干燥形成功能化的颗粒；然后将功能化的颗粒与乙醇以1:5质量比例混合，超声处理均匀后形成混合颗粒，加入占混合颗粒1％-5％质量比硅烷偶联剂，磁力搅拌均匀，再进行烘干处理得到表面改性纳米颗粒(1)；将表面改性纳米颗粒(1)按照掺杂质量配比要求加入柔性基体(2)中，超声处理均匀，高速脱泡搅拌，加入固化剂，再超声均匀、脱泡搅拌处理，后在旋涂机上旋涂成柔性高弹体(4)，最后在柔性高弹体(4)上下表面贴附柔性电极(3)，形成挠曲电柔性纳米曲率传感器。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，表面改性纳米颗粒(1)按照占柔性基体(2)10％-50％的质量比的掺杂，旋涂机的旋转速度为0.5Kr/min-2.5Kr/min。

8.权利要求1至5任一项所述的挠曲电柔性纳米曲率传感器的测试方法，其特征在于，将挠曲电柔性纳米曲率传感器放置在四点梁结构(11)中心，信号发生器(8)预先输出激励波，由功率放大器(7)输出给执行器(6)进行信号激励，激光测振仪(5)通过预先输出的激励波探测四点梁结构(11)中心点的位移，通过锁定四点梁结构(11)中心点的位移值再锁定信号发生器(8)激励波信号进行激励，挠曲电柔性纳米曲率传感器经过激励后，输出电信号经过电荷放大器(9)，最终在示波器(10)上采集电信号波形。

9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述的挠曲电柔性纳米曲率传感器以正弦波为激励源，实现变化挠度范围为0.1mm-1.8mm，输出电荷范围为9.8pC-432pC，灵敏度范围为13pC/mm-216pC/mm。