一種柔性壓電傳感器及其專用壓電復合材料制造技術

本發明專利技術公開了一種柔性壓電傳感器及其專用壓電復合材料。該壓電復合材料包括壓電晶體材料和聚合物駐極體材料。所述壓電復合材料中，所述壓電晶體材料的質量百分含量為0.5％～15％。所述壓電晶體材料的粒徑為40～10000目。所述壓電復合材料還包括導電高分子材料。所述壓電復合材料中，所述壓電晶體材料的質量百分含量為0.5％～15％；所述導電高分子材料的質量百分含量為0.1％～1％；余量為所述聚合物駐極體材料。本發明專利技術壓電納米復合材料壓電傳感器采用壓電晶體材料納米顆粒和聚合物駐極體材料復合的方式，克服了常規壓電式壓力傳感器硬度大，不具有柔性的缺點和常規聚合物壓電材料壓電性能差的缺點，具有良好的柔性和韌度，且壓電性能相比于聚合物材料，大大提升。

A flexible piezoelectric sensor and its special piezoelectric composite material

The invention discloses a flexible piezoelectric sensor and a special piezoelectric composite material. The piezoelectric composite material includes piezoelectric crystal material and polymer electret material. In the piezoelectric composite material, the mass percent content of the piezoelectric crystal material is 0.5% to 15%. The diameter of the piezoelectric crystal material is 40~10000 mesh. The piezoelectric composite material also includes conductive polymer materials. In the piezoelectric composite, the mass content of the piezoelectric crystal material is 0.5% to 15%, the mass content of the conductive polymer material is 0.1% to 1%, and the allowance is the polymer electret material. The piezoelectric nanomaterial piezoelectric sensor, which combines piezoelectric crystal nanoscale particles and polymer electret material, overcomes the shortcomings of the conventional piezoelectric pressure sensor with large hardness, no flexibility and poor piezoelectric properties of conventional polymer piezoelectric materials, and has good flexibility and toughness. Piezoelectric properties are greatly improved compared with polymer materials.

【技術實現步驟摘要】
一種柔性壓電傳感器及其專用壓電復合材料
本專利技術屬于壓電傳感器領域，尤其涉及一種柔性壓電傳感器及其專用壓電復合材料。
技術介紹
麻痹癥指身體某部分的感覺或運動功能部分喪失或完全喪失，通常由神經系統，特別是脊髓的損傷引起。主要的原因包括中風，脊髓灰質炎(小兒麻痹癥)，腦癱，周圍神經病變，帕金森氏病，肌萎縮側索硬化(ALS)，肉毒桿菌中毒，脊柱裂，多發性硬化癥和格林-巴利綜合征等。以上這些原因，導致身體麻痹癱瘓的癥狀和程度各有不同。在老年人中比較常見的中風，其后遺癥包括偏癱，又叫半身不遂，指一側上下肢、面肌和舌肌下部的運動障礙。患者部分肢體或全身癱瘓、無法或無法正常說話。同樣在高齡人群中易發的帕金森病，患病者運動會逐漸遲緩，直至雙腿無法行走，雙手無法行動，吞咽困難。在兒童中易發生的脊髓灰質炎，俗稱小兒麻痹癥，嚴重的會導致各種肌群的弛緩性無力。癱瘓不僅會給患者帶來生理上的極端痛苦和行動上的極大不便，同時也需要耗費護理者大量的精力和心神，并且往往容易出現疏忽。患者因為肢體感知力的弱化，無法通過四肢動作、面部表情、喉部發音等來表達他們的真實感受，這非常不利于護理者對他們身體狀況的及時掌握和調理，為護理帶來很大的不便。同時，在患者康復過程中，一些預示著身體情況轉變的微小的肢體動作，難以被肉眼觀察到，而不能使護理者及時作出相應舉措。身體的微小肢體動作，例如手指的彎曲、震顫，喉結的滾動，眼睛的眨動，面部肌肉的運動等，都會對貼服在其表面的物體產生壓力，這些壓力信號可以由壓力傳感器轉換為其它易于觀察的信號如電信號。例如，在對中風病人做康復治療的過程中，他們的四肢如果有一定程度的恢復，能夠產生細微的人眼難以察覺的自主運動，就可以被貼相應位置的壓力傳感器感應到。常見的壓力傳感器從原理上可以分為電阻應變式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器等。其中，壓電式傳感器是利用某些物質壓電效應的傳感器，具有自生信號，體積小，重量輕，工作頻率范圍寬，靈敏度高，穩定性好等優點，在動態測量中通常沒有滯后現象，因此被廣泛用于沖擊、振動及動態力的測量，在監測人體肢體動作變化方面有得天獨厚的優勢。壓電效應指某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態。常見的壓電材料分為三類：一、單晶壓電材料，如石英、酒石酸鉀鈉、鈮酸鋰等；二、多晶壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；三、高分子材料，如聚偏氟乙烯(PVDF)等。多晶壓電陶瓷制作工藝相對復雜，壓電性能受制作工藝中多種參數影響，難以控制。高分子壓電材料通常壓電系數不高，性能不夠優良。在諸多壓電材料中，鈮酸鋰(LiNO3)作為一種各方面性能都很優秀的單晶壓電材料，壓電性能優良(d15＝7.8×10-11C/N)、介電損耗低、機電耦合系數高(0.68)。鈮酸鋰晶體屬三方晶系，鈦鐵礦型(畸變鈣鈦礦型)結構，ABO3型晶體結構的一種類型，具有鐵電相結構，屬于3m點群，是目前已知居里點最高和自發極化趨勢最大的鐵電體。因此，通過簡單地施加壓力即可使鈮酸鋰表面極化產生大量表面電荷，在外電路上產生電流和電壓信號，具有反應靈敏、無滯后、注電過程簡單、操作方便等優點。而且，由于鈮酸鋰晶體不發生介電損耗，因此可以反復駐電使用壽命得到延長。但是鈮酸鋰作為晶體材料，楊氏模量大，不適合用于可穿戴傳感器件。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種柔性壓電傳感器及其專用壓電復合材料，該柔性壓電傳感器中使用如鈮酸鋰的壓電晶體材料和聚合物駐極體材料作為壓電復合材料，克服了單獨使用壓電晶體材料如鈮酸鋰等的楊氏模量大，不適合用于可穿戴傳感器件的缺點。本專利技術提供的一種壓電復合材料，它包括壓電晶體材料和聚合物駐極體材料。上述的壓電復合材料中，所述壓電晶體材料包括但不限于：鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈦酸鋇、鈦酸鉛和二氧化硅中任一種。上述的壓電復合材料中，所述壓電晶體材料的質量百分含量可為0.5％～15％，具體可為5％～10％、5％或10％。上述的壓電復合材料中，所述壓電晶體材料的粒徑可為40～10000目，具體可為40～300目、40目、60目、80目或300目。上述的壓電復合材料中，所述聚合物駐極體材料包括但不限于：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的任一種。上述的壓電復合材料中，所述壓電復合材料還可包括導電高分子材料。所述導電高分子材料的加入，使得各壓電晶體材料顆粒之間的在受到擠壓時產生的電荷得以通過導電高分子迅速導出到薄膜表面，進一步通過電極在電路中流通，因此在受到相同壓力的條件下，其電流信號增大數十倍，靈敏度進一步提高。上述的壓電復合材料中，所述導電高分子材料可為碳納米管、石墨烯、聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩和聚(3，4-乙撐二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT:PSS)中的任一種。上述的壓電復合材料中，所述壓電復合材料可由壓電晶體材料、聚合物駐極體材料和導電高分子材料組成；所述壓電晶體材料的質量百分含量可為0.5％～15％；所述導電高分子材料的質量百分含量可為0.01％～1％；余量為所述聚合物駐極體材料。本專利技術中，所述壓電復合材料具體可為下述1)-6)中的任一種：1)所述壓電復合材料由壓電晶體材料和聚合物駐極體材料組成；其中，所述壓電晶體材料的質量百分含量為0.5％～15％，所述聚合物駐極體材料的質量百分含量為75％～99.5％；2)所述壓電復合材料由壓電晶體材料和聚合物駐極體材料組成；其中，所述壓電晶體材料的質量百分含量為5％～10％，所述聚合物駐極體材料的質量百分含量為90％～95％；3)所述壓電復合材料由壓電晶體材料和聚合物駐極體材料組成；其中，所述壓電晶體材料的質量百分含量為5％，所述聚合物駐極體材料的質量百分含量為95％；4)所述壓電復合材料由壓電晶體材料和聚合物駐極體材料組成；其中，所述壓電晶體材料的質量百分含量為10％，所述聚合物駐極體材料的質量百分含量為90％；5)所述壓電復合材料由壓電晶體材料、聚合物駐極體材料和導電高分子材料組成；其中，所述壓電晶體材料的質量百分含量為0.05％～15％，所述導電高分子材料的質量百分含量為0.01％～1％，余量為所述聚合物駐極體材料；6)所述壓電復合材料由壓電晶體材料、聚合物駐極體材料和導電高分子材料組成；其中，所述壓電晶體材料的質量百分含量為5％，所述導電高分子材料的質量百分含量為1％，余量為所述聚合物駐極體材料。本專利技術進一步提供了一種由上述的壓電復合材料作為壓電材料的柔性壓電傳感器。上述的柔性壓電傳感器，它包括由上述任一所述的壓電復合材料制成的薄膜、2個電極和2根導線；所述2個電極分別固定在所述薄膜上；所述2根導線分別與所述2個電極連接。上述的柔性壓電傳感器中，所述薄膜的厚度包括但不限于10～1000μm，如90μm。上述的柔性壓電傳感器中，所述柔性壓電傳感器還可包括柔性基底；所述柔性基底的材質可為PET、PDMS等；所述柔性基底的形狀可根據其使用環境進行選擇，如長方形、環形、圓形等。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種壓電復合材料，其特征在于：它包括壓電晶體材料和聚合物駐極體材料。

【技術特征摘要】
1.一種壓電復合材料，其特征在于：它包括壓電晶體材料和聚合物駐極體材料。2.根據權利要求1所述的壓電復合材料，其特征在于：所述壓電晶體材料為鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈦酸鋇、鈦酸鉛和二氧化硅中任一種。3.根據權利要求1或2所述的壓電復合材料，其特征在于：所述壓電復合材料中，所述壓電晶體材料的質量百分含量為0.5％～15％；和/或，所述壓電晶體材料的粒徑為40～10000目。4.根據權利要求1-3中任一項所述的壓電復合材料，其特征在于：所述聚合物駐極體材料為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷中的任一種。5.根據權利要求1-4中任一項所述的壓電復合材料，其特征在于：所述壓電復合材料還包括導電高分子材料。6.根據權利要求5所述的壓電復合材料，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張美寧，關麗，徐木貞，康華，
申請(專利權)人：中國人民大學，
類型：發明
國別省市：北京,11