CN113029398B - 一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器及其制作方法,该传感器包括依次层叠在一起的第一金属电极层、第一驻极体层、压电传感层、第二驻极体层以及第二金属电极层,压电传感层为多级孔结构的具有铁电性的压电材料,多级孔结构的空腔内的空气经电晕极化电离出的正负真实电荷分别由第一驻极体层和第二驻极体层捕获而形成电荷偶极子,且空气电离形成的真实电荷与具有铁电性的压电材料的偶极电荷形成正向叠加。本发明提供了一种高灵敏度、高稳定性的超轻薄的柔性可穿戴心音检测传感器,且其制作工艺成本低。该传感器的结构与工艺流程的结合,还可实现大批量生产、便捷地尺寸调节的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器。
背景技术
随着微纳米加工工艺的发展和人们对生活智能化需求的增强,柔性可穿戴技术已经广泛应用于生理信号的检测。柔性压力传感器的使用尤为广泛,如检测脉搏、手指运动等。在之前披露的文献或专利中,压力传感器以压阻式、压电式、应变式、电容式等为基本原理,研究人员希望借助开发新的工艺(激光诱导、3D打印等低成本、大规模的制造工艺)、新的材料(水凝胶、蚕丝、MOFs、石墨烯等)以及新的结构设计(微球状、纤维基),来改善传感器的性能并降低其制作工艺的复杂度和成本。
心音携带了大量关于心血管***健康状况的信息,是诊断心脏疾病的重要信息来源。然而,当前研究中用于检测心音信号的柔性传感器少之又少,心音是低冲击高频信号,对传感器的灵敏度和可检测频带宽都有较高的要求。现有的心音检测传感器大多采用PZT等硬度较高的材料,虽然提高了传感器的可检测频带宽,但是存在柔性不足的缺点;以聚合物材料为传感层的传感器则存在灵敏度低、可检测频带低等缺点。
需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷,提供一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器,包括依次层叠在一起的第一金属电极层、第一驻极体层、压电传感层、第二驻极体层以及第二金属电极层,所述压电传感层为多级孔结构的具有铁电性的压电材料,所述多级孔结构的空腔内的空气经电晕极化电离出的正负真实电荷分别由所述第一驻极体层和所述第二驻极体层捕获而形成电荷偶极子,且空气电离形成的真实电荷与所述具有铁电性的压电材料的偶极电荷形成正向叠加,初始状态下所述具有铁电性的压电材料的偶极电荷、所述第一、第二驻极体层捕获的真实电荷与所述第一、第二金属电极层上的感应电荷形成电场平衡,当所述传感器受压变形时,偶极矩改变,电场平衡被破坏,所述感应电荷转移而在外电路上形成电流,当释放压力时,所述传感器由于自身弹性恢复原状,在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡。
进一步地:
所述第一驻极体层和所述第二驻极体层的材料选自聚二甲基硅氧烷(PDMS)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)。
所述金属电极层的材料选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)。
所述压电传感层的材料为聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯共聚物,优选为聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物PVDF-TrFE。
所述多级孔结构的材料为非金属氧化物或金属氧化物,优选为氧化锌ZnO。
所述压电传感层的厚度为10~100μm,优选为40μm;所述第一驻极体层和所述第二驻极体层的厚度是10~100μm,优选为20μm;
所述第一金属电极层和所述第二金属电极层的厚度为0.1μm~10μm,优选为10μm。
还包括分别层叠设置在所述第一金属电极层和所述第二金属电极层的外侧第一封装层和第二封装层。
所述第一封装层和所述第二封装层的材料为Ecoflex或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
一种制作所述的高灵敏度柔性压力传感器的方法,包括如下步骤:
制作压电传感层,形成为多级孔结构的具有铁电性的柔性压电材料;
分别在所述压电传感层的两侧形成第一驻极体层和第二驻极体层;
在所述第一驻极体层的外侧形成第一金属电极层,在所述第二驻极体层的外表面形成第二金属电极层;
通过电晕极化使所述多级孔结构的空腔内的空气电离出的正负电荷,分别由所述第一驻极体层和所述第二驻极体层捕获而形成电荷偶极子。
进一步地:
所述压电传感层采用静电纺丝法制作,优选地,静电纺丝使用包含氧化锌纳米颗粒和聚偏二氟乙烯聚合物的压电溶液,其中聚偏二氟乙烯及其聚合物经过极化之后形成β相晶体,具有正压电效应;优选地,所述多级孔结构是由静电纺丝得到的压电传感层薄膜通过易挥发物质蒸发法或化学反应刻蚀法得到;
进行电晕极化时的电场方向与静电纺丝的电场方向相同。
本发明具有如下有益效果:
本发明的传感器实现了气相空间电荷和β相偶极电荷的独特组合,可实现高信噪比的信号输出效果;压电传感层采用仿生海绵的多级孔结构,改进了传统的压电传感膜材料的弹性和频率振荡特性,十分适合于微弱压力信号的感测,能检测心音等中高频生理信号;具备良好的可穿戴性,可与各种粗糙表面柔性贴附;所提出的制作工艺简单便捷,制作周期短,具备快速成型的能力;所提出的制作工艺成本低,具备大批量生产的能力。
综上,本发明提供了一种高灵敏度、高稳定性的超轻薄的柔性可穿戴心音检测传感器;及其制作成本低的加工工艺流程;该传感器的结构与工艺流程的结合,可实现大批量生产、便捷地尺寸调节的效果。
附图说明
图1a为本发明一种实施例的传感器的压电传感层制作流程示意。
图1b为本发明一种实施例的传感器的驻极体层制作流程示意。
图2为本发明一种实施例的传感器的结构示意图。
图3a是传感器的立体示意图。
图3b是图3a所示的传感器沿I–I线的截面图。
图4是为本发明一种实施例的静电纺丝过程中的压电传感层偶极子取向示意图。
图5为本发明一种实施例的电晕极化过程中的电离空气电荷取向示意图。
图6为本发明一种实施例的传感器的工作原理图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外,连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
参阅图1a至图6,本发明实施例提供一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器,包括依次层叠在一起的第一金属电极层102、第一驻极体层103、压电传感层104、第二驻极体层105以及第二金属电极层106,所述压电传感层104为多级孔结构的具有铁电性的柔性压电材料,所述多级孔结构的空腔内的空气经电晕极化电离出的正负真实电荷分别由所述第一驻极体层103和所述第二驻极体层105捕获而形成电荷偶极子,且空气电离形成的真实电荷与所述具有铁电性的压电材料的偶极电荷形成正向叠加,初始状态下所述具有铁电性的压电材料的偶极电荷、所述第一、第二驻极体层103、105捕获的真实电荷与所述第一、第二金属电极层102、106上的感应电荷形成电场平衡,当所述传感器受压变形时,偶极矩改变,电场平衡被破坏,所述感应电荷转移而在外电路上形成电流,当释放压力时,所述传感器由于自身弹性恢复原状,在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡。
具有铁电性的材料晶格中正负电荷中心不重合从而产生电偶极矩,并且可以在外电场的作用下改变方向(例如静电纺丝工艺中的电场和电晕极化工艺中的电场都对其造成影响)。压电材料可以实现机械能-电能相互转换。可同时具备上述两种特性的材料例如压电陶瓷PZT(非柔性),聚二偏氟乙烯PVDF及其共聚物P(VDF-TrFE)等。
多级孔的多级可包括纳米级和微米级。作为示例,多级孔可通过金属氧化物刻蚀和静电纺丝两种工艺的综合而实现。例如,微米量级孔隙为静电纺丝工艺过程中形成的纤维丝之间的空腔,其在降低可检测极限适应心音检测微弱信号要求的同时,提供电晕极化的空腔条件从而提高电荷输出量。纳米量级孔隙则可通过浓盐酸刻蚀掉纳米纤维中金属氧化物纳米颗粒得到,其改善材料的频率响应特性,适应检测心音信号的高频率不失真要求。在进一步的实施例中,所述高灵敏度柔性压力传感器还包括分别层叠设置在所述第一金属电极层102和所述第二金属电极层106的外侧第一封装层101和第二封装层107。
参阅图1a至图6,本发明实施例还提供一种制备所述高灵敏度柔性压力传感器的方法,包括如下步骤:
制作压电传感层104,所述压电传感层104为多级孔结构的具有铁电性的柔性压电材料;
分别在所述压电传感层104的两侧形成第一驻极体层103和第二驻极体层105;
在所述第一驻极体层103的外侧形成第一金属电极层102,在所述第二驻极体层105的外表面形成第二金属电极层106;
通过电晕极化使所述多级孔结构的空腔内的空气电离出的正负电荷,分别由所述第一驻极体层103和所述第二驻极体层105捕获而形成电荷偶极子。
优选的实施例中,所述压电传感层104采用静电纺丝法制作,优选地,静电纺丝使用包含氧化锌纳米颗粒和聚偏二氟乙烯聚合物的压电溶液,其中聚偏二氟乙烯及其聚合物经过极化之后形成β相晶体,具有正压电效应;优选地,所述多级孔结构是由静电纺丝得到的压电传感层104薄膜通过易挥发物质蒸发法或化学反应刻蚀法得到;进行电晕极化时的电场方向与静电纺丝的电场方向相同。这种情况下,压电传感层材料的分子偶极子产生的压电效应,与电晕极化电离出的真实电荷产生的压电效果相叠加。
本发明实施例仿生自然界中的海绵结构,提出了一种具有多级孔结构的柔性压电心音检测传感器。优选实施例中,基于静电纺丝和电晕极化工艺来制作所述传感器。优选实施例中,使用静电纺丝和刻蚀金属氧化物的方式制备其中的多级孔压电传感层,并使用PDMS键合工艺以形成密闭空气腔,使用电晕极化工艺电离密闭空气腔中的空气,使器件同时具备真实气相空间电荷和β相偶极电荷。优选实施例中,压电传感层的多级孔结构在静电纺丝的基础上进一步采用例如浓盐酸刻蚀氧化锌纳米颗粒的方式制备,改变了感受层频率响应特性,可实现对心音等中高频动态生理信号的自驱动测量,在柔性可穿戴传感器领域具有广泛的应用前景。
使用本发明实施例的方法制得的心音检测传感器十分轻薄(50~100μm),传感器具有很好的柔性,可以和皮肤表面良好接触以获得清晰的心音检测信号,而且无外接输入源,安全性良好,在人体佩戴时不会给使用者造成不适感,具备良好的可穿戴性。静电纺丝制备的压电材料不需经过在高压环境中的拉伸处理就可以直接获得具有铁电性的压电材料,可以通过滚柱的滚动一次性获得大面积的压电传感层薄膜,这使得可以同时制作多个本发明的传感器,以满足实际应用对大批量生产、快速制作成型的要求。另外,仿生海绵的多级孔结构改变了压电传感层的弹性,这使得本发明提出的柔性传感器能够检测十分微弱的信号;同时改变了压电传感层的频率响应特性,这使得本发明提出的柔性传感器能够检测中高频率的信号。另外,电晕极化将多级孔结构中的空气电离,这使得本发明提出的传感器灵敏度高。巧妙地利用PDMS可以作为驻极体材料使用,以及两片PDMS薄膜可以通过化学键良好键合这一特性,为后续电晕极化提供了密闭的空间。
以下进一步描述本发明具体实施例。
参阅图1至图3,一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器,包括第一封装层101、第一金属电极层102、第一驻极体层103、压电传感层104、第二驻极体层105、第二金属电极层106、第二封装层107。
封装层所用的材料可以是Ecoflex、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等,这里优选为PET薄膜。
金属电极层所用的材料可以是金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)等材料,这里优选为Cu电极。
驻极体层所用的材料可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)等,这里优选为PDMS。
压电传感层所用的材料可以是聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯共聚物等,这里优选为聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物PVDF-TrFE。
压电传感层具有多孔结构,多孔结构的材料可以是无机物(如二氧化硅SiO2)、金属氧化物(如氧化锌ZnO),这里优选为氧化锌。
压电传感层的厚度可以是10~100μm,这里优选为40μm。
驻极体层的厚度可以是10~100μm,这里优选为20μm。
金属电极层的厚度可以为0.1μm~10μm,这里优选为10μm。
制备方法如下:
制作具有多级孔结构的压电传感层
所选的压电溶液溶剂中丙酮和DMF(二甲基甲酰胺)的体积比为3:2,所选的氧化锌纳米颗粒直径为30±10nm,将氧化锌纳米颗粒加入到溶剂里,超声分散直到没有明显沉淀物;随后向悬浊液中加入聚偏二氟乙烯聚合物粉末,加入磁力搅拌子搅拌。聚偏二氟乙烯及其聚合物经过极化之后形成β相晶体,具有正压电效应。
制备压电传感层的方法可以是流延法、拉伸法、静电纺丝法,这里优选为静电纺丝法。在静电纺丝工艺中,滚柱作为接收器接地,注射器的金属针头与正极相连。所选的高压电源设置为正极15KV,负极-2KV,所选的滚柱与针头的距离为12cm。
图4是静电纺丝过程中的压电传感层偶极子取向示意图,示出β相偶极子取向。纳米氧化锌颗粒为聚二偏氟乙烯聚合物β相的生长提供晶核,在静电纺丝的过程中,聚合物的分子偶极子沿着垂直于纤维长度的方向定向,并且在垂直于纤维长度方向的厚度上产生压电功率。
进一步制备多级孔结构的方法可以是易挥发物质蒸发法、化学反应刻蚀等方法,这里优选为化学反应刻蚀法。刻蚀剂可以是浓硫酸、浓盐酸等强酸,这里优选为37%浓盐酸。将静电纺丝得到的压电传感层薄膜在浓盐酸中超声,充分刻蚀掉金属氧化物,然后再用去离子水超声,充分去除微结构中可能残留的Zn2+;放入100℃烘箱中干燥,使其中的水分完全蒸发。
制作驻极体层
使用PDMS匀胶机在3寸硅片上旋涂获得PDMS薄膜。
由于PDMS薄膜较薄,为了使薄膜能够完整取下、以及便于下一步的处理,将其和旋涂的硅片之间做隔绝处理。所选的隔绝材料应平整光滑,表面能低,便于将PDMS膜顺利完整地从硅片上取下。隔绝材料可以被优选为25μm厚的FEP膜。将隔绝膜平整地放在硅片上,并用纸轻柔的擦拭数次,以除去隔绝膜上的灰尘、并使隔绝膜吸附在硬质基底上。
在匀胶机上对硅片均匀旋涂PDMS薄膜,所选的PDMS和交联剂的比例为10:1,所选的匀胶机的转速为4000rpm,并进行固化处理。
随后将两片PDMS薄膜同时进行等氧离子处理,将具有多孔结构的柔性压电传感层放置在其中一个PDMS上,另一片PDMS与其对齐,在120℃下键合24小时。
制作金属电极层
在一个驻极体层的外侧设置金属电极层102。设置的方式可以是金属镀膜、3D打印、丝网印刷、金属胶带粘接等,这里优选为金属镀膜,可以获得更薄的金属层,以降低最低检测限,取得更好的灵敏度和柔性效果。
电晕极化
随后,使用直流高压电源、电晕针和接地电极执行电晕极化。具体方法是将金属电极层102放置在接地电极上,在传感器的另一侧上方3cm处放置电晕针。对电晕针施加负的高压电(-18~-30kV),进行电晕充电2~5min。
最后,在另一个驻极体层的外侧设置金属电极层106,设置的方式仍然可以是金属镀膜、丝网印刷、金属胶带粘接等。这里优选为金属胶带粘接的方式,将铜胶带(厚度为25μm)粘附在薄膜的外表面,作为电极和机械支撑)。
图5示出了电晕极化过程中的电离空气电荷取向。电晕极化过程中产生的真实电荷附着在聚二甲基硅氧烷内侧表面。在高压电晕极化的过程中,压电传感层104上密封的空腔内的空气将被击穿,电离出等量的正负电荷。随后在电场的作用下,正负电荷分别向上下两侧移动,最终被驻极体层103、105的内壁所捕获,形成大量的电荷偶极子。当电晕的电场方向和静电纺丝的电场方向相同时,电离空气形成的真实电荷和传统铁电材料的偶极电荷便形成了正向叠加。
制作封装层
随后在第一金属电极层102、第二金属电极层106的外侧表面贴附PET进行封装,以完成传感器的制作。
传感器的工作原理如图6所示,初始状态下(I),铁电材料中的分子偶极电荷以及驻极体层腔壁上捕获的真实电荷与金属电极层上的感应电荷形成电场平衡,没有电响应。当传感器感受外部压力而压缩变形时(II、III),偶极矩改变,电场平衡被破坏,金属电极层上的感应电荷转移而在外电路上形成电流。释放压力时,传感器由于自身弹性恢复原状,在外电路中形成一个相反的电流(IV)。
本发明实施例的传感器利用了传统的铁电材料聚二偏氟乙烯共聚物作为压电传感层,具有自驱动的特点,在工作时无需外接电源,保证了低功耗和可穿戴过程中的安全性。此外,所提出的制作工艺流程中,静电纺丝可以一次性制备大量压电传感层薄膜,同一批次中可以同时制作多个传感器,这有利于传感器的大批量生产,便于快速制作成型,并降低成本。
总之,本发明实施例通过优选的金属氧化物刻蚀和静电纺丝工艺引入多级孔实现频率响应特性的调节。通过电晕极化工艺将铁电材料分子偶极子和驻极体空间电荷相结合,实现了混合动力。
优选实施例的基于静电纺丝和电晕极化的多级孔压电驻极体传感器,可实现对中高频动态压力信号的自驱动测量,可实现在心音等中高频生理信号测量、电子皮肤、人机交互界面等领域具有广泛的应用前景。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息,而不一定是描述现有技术。因此,在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中,参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点,但应当理解,在不脱离专利申请的保护范围的情况下,可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (12)
1.一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,包括依次层叠在一起的第一金属电极层、第一驻极体层、压电传感层、第二驻极体层以及第二金属电极层,所述压电传感层为多级孔结构的具有铁电性的柔性压电材料,所述压电传感层使用包含氧化锌纳米颗粒和聚偏二氟乙烯聚合物的压电溶液通过静电纺丝法和进一步刻蚀氧化锌纳米颗粒制作而成,聚偏二氟乙烯聚合物的分子偶极子沿着垂直于聚偏二氟乙烯聚合物纤维长度的方向定向,并且在垂直于聚偏二氟乙烯聚合物纤维长度方向的厚度上产生压电功率;所述多级孔结构的空腔内的空气经电晕极化电离出的正负真实电荷分别由所述第一驻极体层和所述第二驻极体层捕获而形成电荷偶极子,且空气电离形成的真实电荷与所述具有铁电性的压电材料的偶极电荷形成正向叠加,初始状态下所述具有铁电性的压电材料的偶极电荷、所述第一、第二驻极体层捕获的真实电荷与所述第一、第二金属电极层上的感应电荷形成电场平衡,当所述传感器受压变形时,偶极矩改变,电场平衡被破坏,所述感应电荷转移而在外电路上形成电流,当释放压力时,所述传感器由于自身弹性恢复原状,在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡。
2.如权利要求1所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,所述第一驻极体层和所述第二驻极体层的材料选自聚二甲基硅氧烷(PDMS)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)。
3.如权利要求1或2所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,所述金属电极层的材料选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)。
4.如权利要求1至2任一项所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,所述聚偏二氟乙烯聚合物为聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯共聚物。
5.如权利要求4所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,所述聚偏二氟乙烯共聚物为聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物PVDF-TrFE。
6.如权利要求1至2任一项所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,所述压电传感层的厚度为10~100μm;所述第一驻极体层和所述第二驻极体层的厚度是10~100 μm;
所述第一金属电极层和所述第二金属电极层的厚度为0.1 μm~10 μm。
7.如权利要求6所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,所述压电传感层的厚度为40μm。
8.如权利要求6所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,所述第一驻极体层和所述第二驻极体层的厚度为20μm。
9.如权利要求6所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,所述第一金属电极层和所述第二金属电极层的厚度为10μm。
10.如权利要求1至2任一项所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,还包括分别层叠设置在所述第一金属电极层和所述第二金属电极层的外侧第一封装层和第二封装层。
11.如权利要求10所述的高灵敏度柔性压力传感器,其特征在于,所述第一封装层和所述第二封装层的材料为Ecoflex或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
12.一种制作如权利要求1至11任一项所述的高灵敏度柔性压力传感器的方法,其特征在于,包括如下步骤:
制作压电传感层,形成多级孔结构的具有铁电性的柔性压电材料;
分别在所述压电传感层的两侧形成第一驻极体层和第二驻极体层;
在所述第一驻极体层的外侧形成第一金属电极层,在所述第二驻极体层的外表面形成第二金属电极层;
通过电晕极化使所述多级孔结构的空腔内的空气电离出的正负电荷,分别由所述第一驻极体层和所述第二驻极体层捕获而形成电荷偶极子;
所述压电传感层采用静电纺丝法制作,静电纺丝使用包含氧化锌纳米颗粒和聚偏二氟乙烯聚合物的压电溶液,其中聚偏二氟乙烯聚合物经过极化之后形成β相晶体,具有正压电效应,聚偏二氟乙烯聚合物的分子偶极子沿着垂直于聚偏二氟乙烯聚合物纤维长度的方向定向,并且在垂直于聚偏二氟乙烯聚合物纤维长度方向的厚度上产生压电功率;所述多级孔结构是由静电纺丝得到的压电传感层薄膜通过易挥发物质蒸发法或化学反应刻蚀法得到;
进行电晕极化时的电场方向与静电纺丝的电场方向相同。
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