[发明专利]一种各向异性导热的柔性压电传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种各向异性导热的柔性压电传感器，其特征在于，整体为三明治结构，从上至下分别是定向导热封装层(9)、电极层(10)，导热压电骨架层(11)、电极层(10)和定向导热封装层(9)，所述的导热压电骨架层(11)是二维压电材料和聚合物基体及有机溶剂按照比例配制，基于真空冷冻干燥机的温度梯度定向排列成型技术制作，具备沿设计方向自生长的特点，其内部包含的二维压电材料BNNS或MoS₂纳米片在聚合物基体聚氨酯、聚乙烯醇或聚二甲基硅氧烷中沿相同方向排列，排列方向与定向导热方向垂直；

所述的温度梯度排列工艺具体为：先将含有二维压电材料和聚合物基体及有机溶剂的均匀混合物放入楔形模具中在-20℃—-30℃预冷冻12h以上成型，再将预冷冻之后的产物放入真空冷冻干燥机中，以-50℃—-75℃的温度冷冻72h以上去除有机溶剂，由于楔形块会自动产生沿斜面向上的温度梯度，均匀混合物会按照楔形块斜面方向生长形成聚合物-二维压电材料泡沫。

2.根据权利要求1所述的一种各向异性导热的柔性压电传感器，其特征在于，所述定向导热封装层(9)通过封装材料旋涂工艺制得，封装材料包括聚氨酯TPU、环氧树脂Epoxy、聚二甲基硅氧烷PDMS、硅橡胶有机高分子材料。

3.根据权利要求1所述的一种各向异性导热的柔性压电传感器，其特征在于，所述电极层(10)由铜或镍通过金属溅射或蒸镀工艺制得。

4.根据权利要求1所述的一种各向异性导热的柔性压电传感器，其特征在于，

所述的二维压电材料、聚合物基体和有机溶剂的比例按重量份数比值：(1-2)：(8-10)：(100-150)；

所述的有机溶剂为二恶烷或N,N-二甲基甲酰胺DMF；

所述的二维压电材料为六方氮化硼h-BN或二硫化钼MoS2；

所述的聚合物基体为聚氨酯TPU、聚乙烯醇PVA或聚二甲基硅氧烷PDMS。

5.基于权利要求1至4任一权利要求所述的一种各向异性导热的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)二维压电材料的剥离与制备：利用基于有机溶剂液相辅助超声剥离工艺，制备具有压电特性的二维压电材料，即将六方氮化硼(h-BN)或二硫化钼(MoS2)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、叔丁醇或异丙醇中液相超声辅助均匀分散，得到剥离后的单层的二维压电材料；

(2)导热压电骨架层(11)温度梯度排列成型：将制备得到的二维压电材料用有机溶剂分散均匀，向其中加入聚合物基体，在磁力搅拌水浴锅中充分加热搅拌，配制得到均匀压电复合材料混合溶液，利用基于真空冷冻干燥机的温度梯度排列成型工艺，形成聚合物-压电材料泡沫，取出泡沫后放入烘箱烘干，得到具有三维结构化设计的导热压电骨架层(11)；

(3)空间结构化排列压电器件的制备：将金属电极蒸镀或溅射至导热压电骨架层(11)两端，得到电极层(10)，在高压放电针下以20kV-25kV的电压进行电晕极化，使电偶极矩方向垂直于定向导热方向；

(4)各向异性导热的柔性压电传感器制作：用导线将电极层( 10) 两端的电极分别引出，旋涂、固化后形成定向导热封装层( 9) ，并得到最终产物。

6.根据权利要求5所述的一种各向异性导热的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，

所述的步骤(2)其具体为：按重量计，二维压电材料BNNS或MoS₂ 1-2份、有机溶剂二恶烷或N,N-二甲基甲酰胺DMF100-150份、聚合物基体聚氨酯TPU、聚乙烯醇PVA或聚二甲基硅氧烷PDMS8-10份在磁力水浴加热搅拌锅中以50-80℃的温度充分混合均匀。

7.根据权利要求5所述的一种各向异性导热的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，所述电极层(10)由铜或镍通过金属溅射或蒸镀工艺制得。