[发明专利]一种复合压电传感材料的制备方法及制备的压电传感材料

说明书

本发明涉及一种复合压电传感材料的制备方法及制备的压电传感材料，属于功能材料及压电传感器制备技术领域。通过将纤维素纳米晶、PVDF、N,N‑二甲基甲酰胺DMF、硅烷偶联剂和钽酸锂采用极压的处理方式，获得复合压电传感材料。该技术成本较为低廉、生产工艺简单，产品强度大、柔韧性好、灵敏度高，在电子皮肤、虚拟现实、健康监测等智能可穿戴设备方面具有极大的应用潜能。

技术领域

本发明涉及一种复合压电传感材料的制备方法及制备的压电传感材料，属于功能材料及压电传感器制备技术领域。

背景技术

随着信息社会的发展，物联网与智能终端等技术得到了迅速发展，人们对周边环境信息的采集深度与广度不断提升，传感器作为一类十分重要的信息采集器件，正逐渐被广泛应用在机器人、可穿戴电子设备、医疗器械、人机交互和智能蒙皮等领域。柔性压电传感器具有轻薄便携、电学性能优异和集成度高等特点，逐渐成为近年来的研究热点。

专利CN106370290B公开了一种PVDF纳米纤维/石墨烯/弹性纤维压电传感器及其制备方法，该技术利用表面包覆石墨烯的化学纤维与PVDF通过静电纺丝技术制备一种压电传感器。专利CN105527014A公开了一种基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器的制造方法，该技术首先利用磁控溅射将叉指电极溅射在PVDF纳米纤维，再对其进行PDMS封装，得到一种自供电振动传感器。专利CN106805954A披露了一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法，该传感器由上支撑基体、超柔软Ecoflex压力探测头、PVDF压电薄膜、阵列化微凸台支撑结构和下支撑基体五个部分组成，能够灵敏感知测量人体微弱的脉搏跳动力。

然而，上述发明或利用静电纺丝、磁控溅射等技术，制备工艺相对较为复杂，需要特殊制造设备，耗费大量能源，且成本相对较高，大规模工业生产较难实现；或制备的产品结构组成较为复杂、体积相对较大，且柔韧性较差、适应性不强，无法大规模应用于可穿戴电子设备。

发明内容

针对现阶段压电传感材料的制备工艺复杂、压电性能较差等问题，本发明提供了一种复合压电传感材料的制备方法，通过将纤维素纳米晶、PVDF、N,N-二甲基甲酰胺DMF、硅烷偶联剂和钽酸锂采用极压的处理方式，获得复合压电传感材料。

一种复合压电传感材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将纤维素纳米晶、PVDF、N,N-二甲基甲酰胺DMF、硅烷偶联剂和钽酸锂充分混合；

（2）将步骤（1）得到的混合物转移到成型器中，抽滤成型；

（3）将步骤（2）得到的产物进行干燥处理；

（4）将步骤（3）得到的产物进行高压极化得压电传感材料。

所述步骤（1）的原料中纤维素纳米晶含量为10～90wt.%，PVDF含量为0～60 wt.%，DMF含量为30～50 wt.%，硅烷偶联剂含量为1～5 wt.%，钽酸锂含量为0.001～1 wt.%。

所述步骤（2）的抽滤时间为5～60 min；抽滤膜孔径范围为0.45～1 μm。

所述步骤（3）的干燥温度范围为90～120 ℃。

所述步骤（3）的极化条件为：极化电压为1～15千伏，极化电压优选为3～10千伏；极化时间为1～30分钟，极化时间优选为5～20分钟。

上述的复合压电传感材料的制备方法制备的压电传感材料。

本发明的有益效果：

1、工艺简单

本发明是将纤维素纳米晶、聚偏氟乙烯和钽酸锂等原料混合后，经超声共混、高压极化等工艺，制备一种高压电性能的柔性传感材料。该技术成本较为低廉、生产工艺简单，产品强度大、柔韧性好、灵敏度高，在电子皮肤、虚拟现实、健康监测等智能可穿戴设备方面具有极大的应用潜能。