【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及壓力傳感器，尤其涉及一種摩擦電式壓力傳感器及其制備方法。
技術介紹
1、傳感器是物聯網中設備與控制端之間信息交換最重要的節點，在眾多的傳感器中，壓力傳感是最為常用的一種傳感器，由各種壓力敏感元件將被測壓力信號轉換成容易測量的電信號作輸出，給顯示儀表顯示壓力值，或供控制和報警使用，其應用幾乎滲透到了各行各業。隨著科技的發展對壓力傳感器的要求一直在變化，壓力傳感器也不斷的在順勢更迭，目前主要包括電容式、壓阻式、壓電式等。
2、電容式和壓阻式壓力傳感器的信號輸出需要測試回路持續提供電源輸入，但隨著傳感器數量增加，所需電源的體積和數量甚至遠大于其本身，在四散分布且數量龐大的物聯網傳感節點中，供電問題已成為制約其發展的瓶頸。
3、摩擦電式壓力傳感器是一種利用摩擦力變化來測量壓力的傳感器。其工作原理是利用外加壓力引起傳感器內部摩擦力的變化，進而產生相應的電信號輸出，結構簡單、響應速度快、精度高等優點，適用于一些需要快速響應和高精度測量的場合，在現有技術中，傳統的摩擦電式壓力傳感器往往面臨著靈敏度不足、耐用性差以及在微小壓力下的穩定性問題。這些問題限制了傳感器在需要高精度和長期穩定性應用場景中的使用。
4、因此，有必要針對現有技術中摩擦電式壓力傳感器的不足進行改進，以解決上述問題。
技術實現思路
1、本專利技術克服了現有技術的不足，提供一種摩擦電式壓力傳感器及其制備方法。
2、為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種摩擦電式壓
3、s1、采用硅片作為基片，通過等離子刻蝕法在基片表面刻蝕出倒金字塔微結構；
4、s2、采用蒸鍍法在基片上沉積一層導電材料，形成下電極層；
5、s3、采用抽濾法在下電極層上沉積一層tio2，形成電荷貯存層；
6、s4、采用抽濾法在電荷貯存層上沉積一層mxene，形成電荷傳輸層；
7、s5、在電荷傳輸層上，利用3d打印技術，采用rgo漿料，制備基于pdms包覆的層狀rgo復合材料，作為起電層；
8、s6、在起電層上采用聚合物膜，構建成內部為密封中空腔體的間隔層；
9、s7、在間隔層的密封中空腔體內部，注入液態介質，形成液態介質層；
10、s8、制備pdms-pux-pa1-x-zn材料，將pdms-pux-pa1-x-zn涂覆在間隔層和液態介質層上，形成接觸層；
11、s9、采用蒸鍍法在接觸層上沉積一層導電材料，形成上電極層，完成摩擦電式壓力傳感器的制備；
12、s10、采用放大器、濾波器、模數轉換器和藍牙模塊集成傳感檢測模組，實現摩擦電式壓力傳感器信號的放大、處理和無線傳輸。
13、本專利技術一個較佳實施例中，在所述s1中，所述倒金字塔微結構的制備方法，包括以下步驟：
14、s11、在所述硅片表面涂覆一層光刻膠形成掩膜層，使用電子束光刻，將倒金字塔結構圖案轉移至所述掩膜層上；
15、s12、在所述硅片上施加射頻波生成低溫等離子體，選擇性地刻蝕所述硅片表面，未被所述掩膜層保護的部分刻蝕掉，所述掩膜層下的部分保持不變；
16、s13、去除剩余的所述掩膜層，暴露出刻蝕完成的所述倒金字塔微結構。
17、本專利技術一個較佳實施例中，在所述s12中，所述低溫等離子體處理裝置為管狀電極放電結構，所述射頻波在氣體為cf4和o2中工作。
18、本專利技術一個較佳實施例中，所述倒金字塔微結構的平均大小為10-30μm，高度為5-15μm，相鄰間距為20-40μm。
19、本專利技術一個較佳實施例中，在所述s2和所述s9中，所述導電材料為銀、銅或鋁中的一種。
20、本專利技術一個較佳實施例中，在所述s7中，所述液態介質為石蠟油、角鯊烯或正庚烷中的一種。
21、本專利技術一個較佳實施例中，在所述s8中，所述pdms-pux-pa1-x-zn的制備方法，包括以下步驟：
22、s21、準備質量比為1:0.4-0.6：0.5-0.7的雙(3-氨基丙基)封端的聚(二甲基硅氧烷)、2,6-吡啶二羰基二氯化物和4,4'-亞甲基雙(環己基異氰酸酯)；
23、s22、采用所述雙(3-氨基丙基)封端的聚(二甲基硅氧烷)作為聚合物基體，將所述2,6-吡啶二羰基二氯化物和所述4,4'-亞甲基雙(環己基異氰酸酯)作為間隔基，反應獲得化學式為pdms-pux-pa1-x的低聚物；
24、s23、準備質量比為1:0.5-0.7的所述低聚物和氯化鋅，將所述低聚物與二氯甲烷混合，在加入氯化鋅的甲醇溶液，在80-100℃的溫度下，攪拌處理1-2h，得到化學式為pdms-pux-pa1-x-zn的接觸層材料。
25、本專利技術一個較佳實施例中，在所述pdms-pux-pa1-x-zn中，所述x為0.3-1.4。
26、本專利技術提供一種摩擦電式壓力傳感器，所述摩擦電式壓力傳感器由前述的制備方法制備獲得。
27、本專利技術一個較佳實施例中，基片，依次設置在所述基片頂部的下電極層、電荷貯存層、電荷傳輸層、起電層、間隔層、接觸層和上電極層，以及設置在所述間隔層中部腔體內的液態介質層；所述摩擦電式壓力傳感器電性連接有傳感檢測模組。
28、本專利技術解決了
技術介紹
中存在的缺陷，本專利技術具備以下有益效果：
29、(1)本專利技術提供了一種摩擦電式壓力傳感器及其制備方法，通過在基片上刻蝕出平均大小為10-30μm，高度為5-15μm，相鄰間距為20-40μm的倒金字塔微結構，可以增加傳感器的表面積，使得在較小的壓力變化下也能產生顯著的電荷變化，進而允許傳感器在極小的壓力下就能產生足夠的電荷，從而使其具有極高的靈敏度，極大的實現對微小壓力的敏感檢測。
30、(2)本專利技術中利用雙(3-氨基丙基)封端的聚(二甲基硅氧烷)作為聚合物基體，2,6-吡啶二羰基二氯化物和4,4'-亞甲基雙(環己基異氰酸酯)作為間隔基，反應形成低聚物，并利用鋅離子的引入，通過形成金屬配位鍵來增強材料的動態交聯，有助于提高自愈合效率，完成高分子彈性體材料(pdms-pux-pa1-x-zn)的制備，并應用為接觸層，提高了傳感器的耐用性和使用壽命，使其能夠在長期或重復的壓力作用下保持性能穩定，有助于維持對微小壓力的敏感性。
31、(3)本專利技術中通過傳感檢測模組的配合，由于摩擦傳感器內部阻抗較大，通過放大器接收傳感器電信號，在濾波器的配合下去除干擾信號與環境噪聲，借助模數轉換器，將放大的模擬電信號轉換為數字信號，通過藍牙模塊實現傳感信號的無線傳輸，實現對傳感器產生的電荷信號完成放大和處理的過程，進而使得傳感器能夠檢測到微小的壓力變化，從而提高對微小信號的檢測能力。
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1.一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：在所述S1中，所述倒金字塔微結構的制備方法，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：在所述S12中，所述低溫等離子體處理裝置為管狀電極放電結構，所述射頻波在氣體為CF4和O2中工作。
4.根據權利要求2所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：所述倒金字塔微結構的平均大小為10-30μm，高度為5-15μm，相鄰間距為20-40μm。
5.根據權利要求1所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：在所述S2和所述S9中，所述導電材料為銀、銅或鋁中的一種。
6.根據權利要求1所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：在所述S7中，所述液態介質為石蠟油、角鯊烯或正庚烷中的一種。
7.根據權利要求1所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：在所述S8中，所述PDMS-PUx-PA1-x-Zn的制備方
8.根據權利要求7所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：在所述PDMS-PUx-PA1-x-Zn中，所述x為0.3-1.4。
9.一種摩擦電式壓力傳感器，其特征在于，所述摩擦電式壓力傳感器由權利要求1-8中任一項所述的制備方法獲得。
10.根據權利要求9所述的一種摩擦電式壓力傳感器，其特征在于，包括：基片，依次設置在所述基片頂部的下電極層、電荷貯存層、電荷傳輸層、起電層、間隔層、接觸層和上電極層，以及設置在所述間隔層中部腔體內的液態介質層；所述摩擦電式壓力傳感器電性連接有傳感檢測模組。
...【技術特征摘要】
1.一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：在所述s1中，所述倒金字塔微結構的制備方法，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：在所述s12中，所述低溫等離子體處理裝置為管狀電極放電結構，所述射頻波在氣體為cf4和o2中工作。
4.根據權利要求2所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：所述倒金字塔微結構的平均大小為10-30μm，高度為5-15μm，相鄰間距為20-40μm。
5.根據權利要求1所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，其特征在于：在所述s2和所述s9中，所述導電材料為銀、銅或鋁中的一種。
6.根據權利要求1所述的一種摩擦電式壓力傳感器的制備方法，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：文震，雷浩，張浩，
申請(專利權)人：蘇州摩感電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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