一种离子梯度发电型柔性压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开的一种离子梯度发电型柔性压力传感器及其制备方法，属于柔性压力传感器和柔性可穿戴电子学技术领域，具体包括自上而下设置的顶电极，包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸，包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸，以及底电极；第一吸湿敏感材料与第二吸湿敏感材料的吸湿性能不同。本发明专利技术基于离子梯度实现传感器的自供电，无需外部电源供电，并通过改变第一滤纸与第二滤纸之间的接触面积实现压力检测，同时满足静态压力与动态压力的检测需求，此外在传感过程中不会消耗传感器本身的材料，提升传感器寿命。提升传感器寿命。提升传感器寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种离子梯度发电型柔性压力传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于柔性压力传感器和柔性可穿戴电子学
，具体涉及一种离子梯度发电型柔性压力传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性压力传感器在人体生理体征监测、人体运动监测、机器人姿态识别、农作物生长监测等领域具有广阔的应用前景。目前，柔性压力传感器主要包括电阻型、电容型、压电型、摩擦电型和电化学型。比如，专利CN 116105901 A公布了一种薄膜压力传感器及其制备方法，该薄膜压力传感器的压力敏感层包括叠层设置的第一敏感薄膜层和第二敏感薄膜层。专利CN 116086656 A公布了一种电容式压力传感器，包括：衬底、介电层、第一电极、第二电极、电容薄膜以及绝缘纳米柱，介电层的中心设有通孔。专利CN 116035547 A公布了一种基于微结构压电薄膜的柔性压力传感器及制备方法，该柔性压力传感器从下至上包括紧密贴合的下层柔性基底、力敏结构层和上层柔性封装层。专利CN 115498915 A公开了一种基于摩擦纳米发电机的压力传感器及其制备方法、应用，包括正电产生端和负电产生端。专利CN 115342947 A公开了一种基于金属腐蚀效应的电化学压力传感器，包括固态电解质和分别与所述固态电解质相连的电极一和电极二。其中，电阻型和电容型压力传感器可实现静态与动态压力感知，但需要外部电源供电才能工作。虽然压电型与摩擦电型传感器可产生电压输出，但只能感知动态压力。电化学型传感器可同时满足静态与动态压力感知，也无需外部电源供电，但其在工作时会消耗传感器自身的材料，一旦材料耗尽将无法工作。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种离子梯度发电型柔性压力传感器及其制备方法，可同时满足静态压力与动态压力检测需求，无需外部电源供电，并且不会消耗传感器本身的材料。
[0004]本专利技术所采用的技术方案如下：一种离子梯度发电型柔性压力传感器，其特征在于，包括自上而下设置的顶电极，包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸，包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸，以及底电极；所述第一吸湿敏感材料与第二吸湿敏感材料的吸湿性能不同。
[0005]进一步地，若所述第一吸湿敏感材料的吸湿性能优于第二吸湿敏感材料，则第二吸湿敏感材料的导电性能优异。
[0006]进一步地，所述第一吸湿敏感材料具体为氯化锂、海藻酸钠、聚离子液体中的一种。
[0007]进一步地，所述第二吸湿敏感材料具体为碳纳米管、碳黑中的一种。
[0008]进一步地，包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸的张数为1~3。
[0009]进一步地，包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸的张数为1~8。
[0010]进一步地，所述顶电极和底电极为同种电极，如铜胶带、铝胶带、聚酯导电胶带、锌
胶带、镁胶带中的一种。
[0011]进一步地，所述离子梯度发电型柔性压力传感器在静态压力和动态压力下均有传感电流输出。
[0012]本专利技术还提出了所述离子梯度发电型柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）配置第一吸湿敏感材料饱和水溶液；（2）将洁净的第一滤纸浸泡于第一吸湿敏感材料饱和水溶液中，经超声、干燥后，置于空气中，使其充分吸附空气中的水分子，得到包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸；（3）配置第二吸湿敏感材料水分散液；（4）将洁净的第二滤纸浸泡于第二吸湿敏感材料水分散液中，经超声、干燥后，得到包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸；（5）将顶电极、包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸、包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸以及底电极进行自上而下地组装，得到离子梯度发电型柔性压力传感器。
[0013]进一步地，所述第二吸湿敏感材料水分散液的浓度为1 wt%~10 wt%。
[0014]本专利技术提出的离子梯度发电型柔性压力传感器的工作原理为：假设第一吸湿敏感材料的吸湿性能优于第二吸湿敏感材料，由于在空气中，包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸会吸附大量的水分子至饱和，因而第一滤纸形成高湿区域，第二滤纸形成低湿区域，由于水分子电离会形成氢离子和氢氧根离子，进而在第一滤纸与第二滤纸之间会形成离子梯度；氢离子从传感器中的高湿区域向低湿区域定向移动，进而在顶电极和底电极之间输出电压/电流，实现自供电；通过对传感器施加纵向压力，使第一滤纸与第二滤纸之间的接触面积增大，传感器内部电子与离子导电通路增多，导致传感器的输出电压/电流增大，实现压力传感。
[0015]此外，由于包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸会在空气中吸附大量的水分子至饱和，在压力传感过程中第一滤纸的湿度会高于环境湿度，因而传感器不会受环境湿度影响，仅传感压力。
[0016]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的一种离子梯度发电型柔性压力传感器及其制备方法，基于离子梯度实现传感器的自供电，无需外部电源供电，并通过改变第一滤纸与第二滤纸之间的接触面积实现压力检测，同时满足静态压力与动态压力的检测需求，此外在传感过程中不会消耗传感器本身的材料，提升传感器寿命。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例1提出的离子梯度发电型柔性压力传感器的三维透视图；图2为本专利技术实施例1提出的离子梯度发电型柔性压力传感器的正视图；图3为本专利技术实施例1提出的离子梯度发电型柔性压力传感器的俯视图；图4为本专利技术实施例1提出的离子梯度发电型柔性压力传感器的左视图；图5为本专利技术实施例1提出的离子梯度发电型柔性压力传感器的发电机理图；图6为本专利技术实施例1提供的离子梯度发电型柔性压力传感器连续5 h发电的电压曲线；
图7为本专利技术实施例1提供的离子梯度发电型柔性压力传感器在1 kPa压力下的响应/恢复曲线；图8为本专利技术实施例1提供的离子梯度发电型柔性压力传感器在不同压力下的电流响应；图9为本专利技术实施例1提供的离子梯度发电型柔性压力传感器应用于人体呼吸监测的响应/恢复曲线；附图标记：1为顶电极，2为包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸，3为包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸，4为底电极。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图与实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0019]实施例1
[0020]本实施例提供了一种离子梯度发电型柔性压力传感器，结构如图1~5所示，包括自上而下设置的顶电极1，包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸2，包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸3，以及底电极4。所述第一吸湿敏感材料与第二吸湿敏感材料的吸湿性能不同。
[0021]其中，第一吸湿敏感材料的吸湿性能优于第二吸湿敏感材料，且第二吸湿敏感材料的导电性能优异，本实施例具体采用LiCl为第一吸湿敏感材料，碳纳米管为第二吸湿敏感材料；包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸2包括1张，包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸3包括6张；顶电极1和底电极4采用聚酯导电胶带。
[0022]本实施例制备离子梯度发电型柔性压力传感器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子梯度发电型柔性压力传感器，其特征在于，包括自上而下设置的顶电极，包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸，包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸，以及底电极；所述第一吸湿敏感材料与第二吸湿敏感材料的吸湿性能不同。2.根据权利要求1所述离子梯度发电型柔性压力传感器，其特征在于，所述第一吸湿敏感材料的吸湿性能优于第二吸湿敏感材料。3.根据权利要求2所述离子梯度发电型柔性压力传感器，其特征在于，所述第一吸湿敏感材料具体为氯化锂、海藻酸钠、聚离子液体中的一种。4.根据权利要求2所述离子梯度发电型柔性压力传感器，其特征在于，所述第二吸湿敏感材料具体为碳纳米管、碳黑中的一种。5.根据权利要求2所述离子梯度发电型柔性压力传感器，其特征在于，包覆有第一吸湿敏感材料的第一滤纸的张数为1~3。6.根据权利要求2所述离子梯度发电型柔性压力传感器，其特征在于，包覆有第二吸湿敏感材料的第二滤纸的张数为1~8。7.根据权利要求2所述离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：段再华，黄琦，蒋亚东，太惠玲，袁震，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：