[发明专利]柔性微胶囊压电传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种柔性微胶囊压电传感器，属于压电传感器技术领域，包括柔性传感材料层，所述柔性传感材料层由聚合物基体内分散设有带电荷微胶囊材料形成，其中，所述带电荷微胶囊材料的每一个微胶囊内包裹有带电荷内容物；所述柔性材料层的两侧均设有电极，所述电极上引出有导线。本发明微胶囊储存空间大、封闭性好、性能更加稳定；可以通过调节制备参数来条件微胶囊的尺寸，进而调控微胶囊的存储空间，调节电荷储存量，电荷密度就越大，灵敏度也会越高；无需聚合物膨化和高压充电过程，制备方法更加简单，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及压电传感器技术领域，具体涉及一种柔性微胶囊压电传感器及其制备方法。

背景技术

目前，柔性医疗电子器件是柔性电子领域的一个极具前景的热点，柔性传感材料作为柔性医疗电子器件的核心构件同样被国内外学者广泛关注。柔性传感材料主要分为电阻式、电容式、压电式和静电式等不同传感形式。相较于其他传感器，静电式柔性驻极体压力传感器不需要外加偏执电压即可进行传感，是一种自驱动式压力传感器。静电式柔性驻极体压力传感器主要利用的是驻极体的静电效应，在外部荷载条件下，由于静电效应，产生电信号，达到传感的效果。

目前的现有技术中，柔性医疗电子器件中使用的与人体界面匹配的驻极体压力传感器，还存在以下缺陷和问题：

一是聚合物基材膨化后形成的自然气隙层较小且不稳定。聚合物基材膨化过程会在其内部产生胞状气隙结构，当去掉加热和加压条件后，聚合物胞状气隙结构内部的高压会逐渐沿着裂纹向外溢出，结构会产生缩小或塌陷，导致内部空间减小，降低材料储存电荷的空间。在温度波动较大的条件下时，稳定性降低。高温时，聚合物内部的电荷运动活跃容易沿着裂纹流出；低温时候，聚合物内部胞状气隙结构的裂纹会呈现张开扩大的现象，其内部电荷容易沿着裂纹造成流失，导致其传感性能不稳定。

二是传感器灵敏度低，并且难以调控。传感器的灵敏度与所形成的胞状气隙结构携带的电荷量相关。目前的制备技术限制了胞状气隙结构空间的扩大，因此很难对灵敏度进行调节。

三是对聚合物预膨化和超高压充电处理，其繁琐复杂的制备流程和材料缺陷限制了其在工业的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法更加简单、电荷储存空间更大、封闭性更好、灵敏度高且调控、性能更加稳定的柔性微胶囊压电传感器及其制备方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一方面，本发明提供一种柔性微胶囊压电传感器，包括：

柔性传感材料层，所述柔性传感材料层由聚合物基体内分散设有带电荷微胶囊材料形成，其中，所述带电荷微胶囊材料的每一个微胶囊内包裹有带电荷内容物；所述柔性材料层的两侧均设有电极，所述电极上引出有导线。

优选的，所述聚合物基体为聚二甲基硅氧烷PDMS。

优选的，所述带电荷内容物为利用二氧化硅溶胶材料制成。

优选的，所述带电荷内容物为利用金属胶体材料制成。

第二方面，本发明提供一种如上所述的柔性微胶囊压电传感器的制备方法，包括：

将PDMS、固化剂和带电荷微胶囊材料混合后，然后置于真空干燥箱内，打开真空泵使箱内处于负压状态，去除气泡，得到复合材料；

利用浇筑法向模具内浇筑复合材料，将盛有复合材料的模具水平置于真空干燥箱内，打开真空泵使箱内处于负压状态，升高真空干燥箱的温度，固化后，脱去模具后得到柔性传感材料层；

在柔性传感材料层的两侧分别刮涂导电金属浆作为电极，将导线埋入导电金属浆内部，干燥箱内干燥固化，制得所述柔性微胶囊驻极体传感器。

优选的，采用溶剂蒸发法制备所述带电荷微胶囊材料，包括：