【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及了一種傳感器的制備方法，具體涉及一種壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法。
技術介紹
1、降雨信息檢測已成為常規氣象觀測及氣象相關行業工作內容的重要組成部分，對天氣預估、防汛、農業種植、運輸規劃等具有重要意義。壓電型雨滴傳感器因其量程大、測量精度高、功耗低等特點，已經在眾多雨滴傳感器中脫穎而出。然而，與其它類型的雨量傳感器一樣，現有壓電式雨滴傳感器在暴雨環境下會因雨滴沉積而產生性能衰退，如測量精度下降；此外，目前的壓電式雨量傳感器還存在對降雨強度響應閾值有限，在如低溫、凍雨等極端環境下無法正常工作等缺陷。
技術實現思路
1、為了解決
技術介紹
中存在的問題，本專利技術所提供一種壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法。本專利技術壓電式柔性超疏水雨滴傳感器將超疏水表面與壓電雨滴傳感器相結合，能夠提高雨滴的檢測頻率和降雨強度閾值，有效防止傳感器表面液滴殘留和極端嚴寒環境下的凍結現象，提高傳感器的傳感性能和服役壽命，還能夠降低環境濕度與液滴表面沉積對傳感性能的影響，提高傳感器的測量精度與環境適應性。
2、本專利技術采用的技術方案是：
3、一、一種壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，包括：
4、步驟1：將聚偏氟乙烯-三氟乙烯p(vdf-trfe)粉末(polyvinylidene?fluoride-trifluoroethylene)溶解在二甲基甲酰胺dmf(n,n-dimethylformamide)中，并在常溫下攪拌均勻獲得第一混合溶液；將鈦
5、步驟2：將改性鈦酸鋇bto粉末溶解在第一混合溶液中，并進行超聲處理混合均勻后獲得第三混合溶液，將第三混合溶液倒入培養皿中并置于烘箱中固化成型獲得初始薄膜。
6、步驟3：將初始薄膜進行退火處理后獲得bto/p(vdf-trfe)薄膜，然后將電極材料以薄膜形式沉積在bto/p(vdf-trfe)薄膜表面并連接導線后獲得壓電復合薄膜。
7、步驟4：將聚二甲基硅氧烷pdms(polydimethylsiloxane)溶液倒入帶有微結構的銅模板并分布均勻，將銅模板放入培養皿中并置于烘箱中半固化后取出銅模板。
8、步驟5：將壓電復合薄膜的一側面覆蓋在銅模板上半固化的聚二甲基硅氧烷pdms上，并在壓電復合薄膜的另一側面旋涂聚二甲基硅氧烷pdms溶液進行封裝，將銅模板放入培養皿中并置于烘箱中固化成型后取出銅模板，用鑷子將銅模板上固化后的壓電復合-超疏水薄膜取下后置于載玻片上。
9、步驟6：將黏附在載玻片上的壓電復合-超疏水薄膜的表面旋涂改性納米二氧化鈦旋涂液，并置于烘箱中固化成型，重復步驟6的操作5-6次后制備獲得壓電式柔性超疏水雨滴傳感器。
10、將壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的導線與數據采集器相連接，可以通過該傳感器采集信號得到壓電傳感器的電壓信號波動來檢測雨滴。本專利技術通過超疏水+壓電傳感器制作出超疏水壓電傳感器，用來檢測雨滴。
11、所述的步驟1中，聚偏氟乙烯-三氟乙烯p(vdf-trfe)粉末中偏氟乙烯vdf和三氟乙烯trfe的摩爾比分別為55％和45％；質量比為1:10的聚偏氟乙烯-三氟乙烯p(vdf-trfe)粉末和二甲基甲酰胺dmf在常溫下混合磁力攪拌均勻獲得第一混合溶液。
12、所述的步驟1中，將粒徑為100nm的鈦酸鋇bto納米顆粒以0.2g/ml的比例溶解在質量分數為35wt％的雙氧水溶液中，并置于離心管中，將離心管置于50℃的超聲波清洗機中進行超聲處理水浴混合清洗1h后獲得均勻的第二混合溶液，將第二混合溶液倒入培養皿中并置于烘箱中在70℃下固化成型獲得改性鈦酸鋇bto粉末。
13、所述的步驟2中，將改性鈦酸鋇bto粉末以30％的質量比溶解在第一混合溶液中，并置于離心管中，將離心管置于50℃的超聲波清洗機中進行超聲處理水浴混合清洗2h后獲得均勻的第三混合溶液，將第三混合溶液倒入培養皿中并用刮刀調平第三混合溶液厚度，再置于烘箱中在80℃下固化成型獲得初始薄膜。
14、所述的步驟3中，將初始薄膜在120℃下進行退火處理90min，以消除殘余應力細化晶粒提高結晶度，獲得25-32μm的bto/p(vdf-trfe)薄膜。
15、所述的步驟3中，在真空工況下，首先將bto/p(vdf-trfe)薄膜的四周邊覆蓋掩膜版，以防止導通引起短路現象；然后將金靶作為電極材料，設置磁控濺射儀的磁控濺射功率為80w，通過磁控濺射儀將金靶濺射10min后在bto/p(vdf-trfe)薄膜的兩側表面以薄膜形式沉積生成兩層50nm的金電極，兩側表面分別濺射5min，兩層金電極分別作為上下極；然后將bto/p(vdf-trfe)薄膜通過每5min上升0.6kv并直至上升至3kv的高壓電場極化，使得bto/p(vdf-trfe)薄膜具有較高的β相含量的同時還有規律化的取向，借以提高bto/p(vdf-trfe)薄膜的壓電性能；最后將bto/p(vdf-trfe)薄膜的上下極分別通過導電銀漿連接至銅導線后制備獲得壓電復合薄膜。
16、所述的步驟4中，銅模板中的微結構為陣列均勻間隔分布的圓錐臺微柱結構；將聚二甲基硅氧烷pdms溶液倒入帶有微結構的銅模板并分布均勻，將銅模板放入培養皿中并置于烘箱中在80℃下半固化后取出銅模板，銅模板上的半固化的聚二甲基硅氧烷pdms為一側帶有陣列均勻間隔分布的圓錐臺微柱結構的片狀結構。
17、所述的步驟5中，壓電復合薄膜的面積小于銅模板上的半固化的聚二甲基硅氧烷pdms的面積，半固化的聚二甲基硅氧烷pdms的一側面上帶有微結構，覆蓋后壓電復合薄膜的一側面位于半固化的聚二甲基硅氧烷pdms的另一側面的中心位置處；壓電復合薄膜的另一側面上使用勻膠旋涂儀旋涂的聚二甲基硅氧烷pdms的面積大于壓電復合薄膜的面積；將銅模板放入培養皿中并置于烘箱中在80℃下固化成型后取出銅模板。
18、所述的步驟6中，改性納米二氧化鈦旋涂液的制備過程為，首先將20nm粒徑的二氧化鈦顆粒和無水乙醇以0.01g/ml的比例加入離心管中混合，并使用微型振蕩器振蕩10min，然后置于50℃的超聲波清洗機中進行超聲處理水浴混合清洗0.5h后獲得均勻的第四混合溶液；使用移液槍吸取十八烷基三甲氧基硅烷tmos(trimethoxyoctadecylsilane)溶液滴入第四混合溶液中，并將離心管再次置于50℃的超聲波清洗機中進行超聲處理水浴混合清洗1h后靜置10min獲得均勻的改性納米二氧化鈦旋涂液，十八烷基三甲氧基硅烷tmos溶液和無水乙醇的體積比為1：100；壓電復合-超疏水薄膜的表面旋涂改性納米二氧化鈦旋涂液后置于烘箱中在80℃下固化成型。
19、二、一種壓電式柔性超疏水雨滴傳感器：
20、所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器由本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟1中，聚偏氟乙烯-三氟乙烯P(VDF-TrFE)粉末中偏氟乙烯VDF和三氟乙烯TrFE的摩爾比分別為55％和45％；質量比為1:10的聚偏氟乙烯-三氟乙烯P(VDF-TrFE)粉末和二甲基甲酰胺DMF在常溫下混合磁力攪拌均勻獲得第一混合溶液。
3.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟1中，將粒徑為100nm的鈦酸鋇BTO納米顆粒以0.2g/mL的比例溶解在質量分數為35wt％的雙氧水溶液中，并置于離心管中，將離心管置于50℃的超聲波清洗機中進行超聲處理水浴混合清洗1h后獲得均勻的第二混合溶液，將第二混合溶液倒入培養皿中并置于烘箱中在70℃下固化成型獲得改性鈦酸鋇BTO粉末。
4.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟2中，將改性鈦酸鋇BTO粉末以30％的質量比溶解在第一混合溶液中，并置于離心管中，將離心管置于50
5.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟3中，將初始薄膜在120℃下進行退火處理90min，獲得25-32μm的BTO/P(VDF-TrFE)薄膜。
6.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟3中，在真空工況下，首先將BTO/P(VDF-TrFE)薄膜的四周邊覆蓋掩膜版，然后將金靶作為電極材料，設置磁控濺射儀的磁控濺射功率為80W，通過磁控濺射儀將金靶濺射10min后在BTO/P(VDF-TrFE)薄膜的兩側表面以薄膜形式沉積生成兩層50nm的金電極，兩層金電極分別作為上下極；然后將BTO/P(VDF-TrFE)薄膜通過每5min上升0.6kV并直至上升至3kV的高壓電場極化；最后將BTO/P(VDF-TrFE)薄膜的上下極分別通過導電銀漿連接至銅導線后制備獲得壓電復合薄膜。
7.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟4中，銅模板中的微結構為陣列均勻間隔分布的圓錐臺微柱結構；將聚二甲基硅氧烷PDMS溶液倒入帶有微結構的銅模板并分布均勻，將銅模板放入培養皿中并置于烘箱中在80℃下半固化后取出銅模板，銅模板上的半固化的聚二甲基硅氧烷PDMS為一側帶有陣列均勻間隔分布的圓錐臺微柱結構的片狀結構。
8.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟5中，壓電復合薄膜的面積小于銅模板上的半固化的聚二甲基硅氧烷PDMS的面積，半固化的聚二甲基硅氧烷PDMS的一側面上帶有微結構，覆蓋后壓電復合薄膜的一側面位于半固化的聚二甲基硅氧烷PDMS的另一側面的中心位置處；壓電復合薄膜的另一側面上旋涂的聚二甲基硅氧烷PDMS的面積大于壓電復合薄膜的面積；將銅模板放入培養皿中并置于烘箱中在80℃下固化成型后取出銅模板。
9.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟6中，改性納米二氧化鈦旋涂液的制備過程為，首先將20nm粒徑的二氧化鈦顆粒和無水乙醇以0.01g/mL的比例加入離心管中混合，并使用微型振蕩器振蕩10min，然后置于50℃的超聲波清洗機中進行超聲處理水浴混合清洗0.5h后獲得均勻的第四混合溶液；使用移液槍吸取十八烷基三甲氧基硅烷TMOS溶液滴入第四混合溶液中，并將離心管再次置于50℃的超聲波清洗機中進行超聲處理水浴混合清洗1h后靜置10min獲得均勻的改性納米二氧化鈦旋涂液，十八烷基三甲氧基硅烷TMOS溶液和無水乙醇的體積比為1：100；壓電復合-超疏水薄膜的表面旋涂改性納米二氧化鈦旋涂液后置于烘箱中在80℃下固化成型。
10.一種壓電式柔性超疏水雨滴傳感器，其特征在于：所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器由權利要求1-9任一所述方法制備而成。
...【技術特征摘要】
1.一種壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟1中，聚偏氟乙烯-三氟乙烯p(vdf-trfe)粉末中偏氟乙烯vdf和三氟乙烯trfe的摩爾比分別為55％和45％；質量比為1:10的聚偏氟乙烯-三氟乙烯p(vdf-trfe)粉末和二甲基甲酰胺dmf在常溫下混合磁力攪拌均勻獲得第一混合溶液。
3.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟1中，將粒徑為100nm的鈦酸鋇bto納米顆粒以0.2g/ml的比例溶解在質量分數為35wt％的雙氧水溶液中，并置于離心管中，將離心管置于50℃的超聲波清洗機中進行超聲處理水浴混合清洗1h后獲得均勻的第二混合溶液，將第二混合溶液倒入培養皿中并置于烘箱中在70℃下固化成型獲得改性鈦酸鋇bto粉末。
4.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟2中，將改性鈦酸鋇bto粉末以30％的質量比溶解在第一混合溶液中，并置于離心管中，將離心管置于50℃的超聲波清洗機中進行超聲處理水浴混合清洗2h后獲得均勻的第三混合溶液，將第三混合溶液倒入培養皿中并用刮刀調平第三混合溶液厚度，再置于烘箱中在80℃下固化成型獲得初始薄膜。
5.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟3中，將初始薄膜在120℃下進行退火處理90min，獲得25-32μm的bto/p(vdf-trfe)薄膜。
6.根據權利要求1所述的壓電式柔性超疏水雨滴傳感器的制備方法，其特征在于：所述的步驟3中，在真空工況下，首先將bto/p(vdf-trfe)薄膜的四周邊覆蓋掩膜版，然后將金靶作為電極材料，設置磁控濺射儀的磁控濺射功率為80w，通過磁控濺射儀將金靶濺射10min后在bto/p(vdf-trfe)薄膜的兩側表面以薄膜形式沉積生成兩層50nm的金電極，兩層金電極分別作為上下極；然后將bto/p(vdf-trfe)薄膜通...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋逸，周杰，吳化平，周偉乾，田野，裘燁，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：
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