基于pvdf纳米纤维的柔性振动传感器制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器制作方法，具体设及一种基 于PVDF(聚偏氣乙締)纳米纤维压电发电效应的自供电振动传感器的制造方法，属于有机一 维纳米功能材料及传感器领域。
【背景技术】
[0002] 传感器是将物理量、化学量或生物量转换为可测量电信号的器件，其中振动传感 器包括:机械式、光学式、电测式等=种，一般的振动传感需要外部电源供电，运对微应用领 域来说，增加了制作成本，限制了它的应用场合。PVDF作为一种有机压电材料，其柔性非常 好，是作为超柔性振动传感器的最佳选择;公知的巧铁矿结构压电材料虽然压电性能相对 较好，但是运类材料中运用得比较多的PZT(错铁酸铅KPMN-PT(妮儀酸铅铁酸铅)等含有对 环境污染较严重的Pb(铅)元素，且运些材料相对来说脆性比较大，并不适合制作超柔性振 动传感器。另外PVDF通过静电纺丝法可W将没有压电性能的a相的PVDF粉末制备成一种具 有压电性能的e相多孔纤维薄膜，并且在器件的制作过程中是用生物相容性、柔性、耐久性 都非常好的PDMS进行包裹，因此整个器件结构非常稳定，耐久性非常好，形状可W根据需求 不同而改变，传感器的厚度理论上可W做到十几个微米，并可将多个传感器叠加串联W提 高压电信号输出。
[0003] 2011年7月22日王中林等人申请的发明专利《基于ZnO纳米纤维的自供电振动传感 器及其制作方法》W及相应的文章（。化nogenerator as self-powered vibration sensor"，《化no Energy》，1:418-423(2012))中虽然也提供了一种自供电振动传感器的制 作方法，但该方法制作过程比较复杂并且所用半导体型压电材料化0脆性较高；另一方面因 它采用上下电极并且上下电极的封装材料不同，且没有整体封装，因此器件厚度相对较厚， 结构相对不稳固。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对【背景技术】提出的问题，提供一种基于PVDF纳米纤维的柔性振 动传感器制作方法，所述柔性振动传感器包括：电极本体和PDMS封装层;所述电极本体包 括：自下而上依次分布的PDMS基层、PVDF纳米纤维、叉指电极，所述叉指电极引出端连接有 导出电极;所述PDMS基层是设定厚度的聚二甲基硅氧烷胶体、所述PVDF纳米纤维是通过静 电纺丝法制备并用娃片收集的PVDF纳米纤维、所述叉指电极是通过磁控瓣射方法在所述 PVDF纳米纤维上瓣射的一层叉指电极、所述PDMS封装层是封装在所述电极本体上下及四周 六个外表面的聚二甲基硅氧烷胶体。本发明制得的柔性振动传感器具备:对于不同的振动 幅度或者是振动频率，其输出响应敏感性强，可W用来很好的描述一些物体的振动W及运 动状态。
[000引为了达到上述目的，本发明采用W下方案：
[0006]基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器制作方法，所述柔性振动传感器包括：电极 本体和封装层;所述电极本体包括：自下而上依次分布的：设定厚度的基层巧）、PVDF纳米纤 维（1)和叉指电极(2);所述叉指电极(2)引出端连接有导出电极(3);所述PVDF纳米纤维是 通过公知的静电纺丝法，在接受极板上的两片侣片之间设置的洁净娃片上收集的PVDF纳米 纤维层;所述叉指电极是通过公知的磁控瓣射方法，在所述PVDF纳米纤维层上瓣射出的侣 电极;所述基层(5)的材质是聚二甲基硅氧烷PDMS胶体，所述封装层的材质也是聚二甲基娃 氧烧PDMS胶体;所述PDMS胶体是将固化剂和PDMS预聚物，按质量比为1:8~12的比例配置； 其特征在于：
[0007]采用涂覆工艺，将PVDF纳米纤维转移到所述基层(S)PDMS薄膜层上;所述涂覆工艺 包括：
[000引 A、注胶:将收集有PVDF纳米纤维的娃片置于培养皿中，将PDMS胶体注入培养皿中， 设定PDMS胶体在培养皿中的厚度为1.5~2mm，注入PDMS胶体后将培养皿置于水平的桌面 上，待气泡全部排出后，再将培养皿置于烘箱中并水平放置，在60~100°C溫度下烘烤30~ 120min固化；
[0009] B、掲膜:烘烤完毕后，静置冷却至常溫，再将固化后的PDMS从培养皿W及娃片上掲 下来后，切除边缘多余的部分，此时PVDF纳米纤维即转移到PDMS薄膜层上；
[0010] 采用浸涂工艺，将聚二甲基硅氧烷PDMS胶体封装在所述电极本体的外表面，所述 浸涂工艺包括：
[0011] a、将带有导出电极的电极本体置于培养皿中，再加入PDMS胶体，直至所述电极本 体完全浸没于PDMS胶体中，然后水平放置培养皿并静置30~90min，待气泡全部排出后，将 培养皿水平放置在烘箱中，在60~100°C的溫度条件下烘烤30~120min;
[0012] b、裁剪:烘烤完取出培养皿静置至冷却至室溫，再将封装PDMS后的带导出电极的 电极本体从培养皿中剥离出来，用小刀切除多余部分并露出导出电极，在导出电极上用焊 锡焊上导线;制成基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器。
[0013] 所述电极本体和PDMS封装层的具体制作方法按如下步骤进行：
[0014] 步骤1:静电纺丝法制备PVDF纳米纤维
[001引1.1 PVDF前驱液的配置:将二甲基甲酯胺(DMF)与丙酬按体积百分比为10% : 90% ~50% : 50%的比例混合并揽拌均匀;按PVDF的浓度为0.09~0.15g/ml的比例向所述DMF和 丙酬的混合液中加入PVDF粉末，并在50~80°C的条件下密封揽拌30~90min，直至整个溶液 为澄清透明状；
[0016] 1.2静电纺丝接受板的制作:设定接受极板是边长为10X10~30X30cm的正方形 有机玻璃板，所述有机玻璃板中屯、并列贴两块尺寸相同的侣锥片，设定侣锥片宽1~3cm、长 5~8cm，两侣锥片之间长边平行并相距5~25mm，宽边在同一条直线上；
[0017] 1.3静电纺丝:将步骤1.1制备的PVDF前驱液吸入注射器中，并将注射器安装到微 量注射累上，再将注射器针头接入直流电压源的正极，贴在接受极板上的两片侣锥接直流 电压源负极;针头的方向与接受极板面垂直，针头与接收极板的距离为10~20cm，直流电压 源电压为9~20^，微量注射累的推进速度为20~80111/111111，环境湿度控制在40%^下、溫 度控制在25~35°C;PVDF纳米线用洗净的娃片进行接收，所述娃片置于贴在接受极板上的 两片侣锥片之间;静电纺丝时间为5~30min;
[0018] 步骤2:转移PVDF纳米纤维
[0019] 2.1 PDMS胶体配制：将固化剂和PDMS预聚物按质量比为1:8~12的比例混合并揽 拌5~IOmin后静置30~90min;
[0020] 2.2 PDMS涂覆:将带有PVDF纳米纤维的娃片置于培养皿中，并将步骤2.1配好的 PDMS胶体注入培养皿中，设定PDMS胶体在培养皿中的厚度为1.5~2mm，注入PDMS胶体后将 培养皿置于水平的桌面上，待气泡全部排出后，再将培养皿置于烘箱中并水平放置，在60~ l〇〇°C溫度下烘烤30~120min;
[0021 ] 2.3掲膜：烘烤完毕后，静置冷却至常溫，再将PDMS从培养皿W及娃片上掲下来 后，切除边缘多余的部分，此时PVDF纳米纤维就成功的转移到基层(S)PDMS胶体薄膜上；
[0022] 步骤3:制作叉指电极
[0023] 3.1选取叉指电极掩膜板:选定叉指电极的长为20~25mm、宽为10~12mm，叉指宽 度为200~300um，叉指长度为6~8mm，叉指间的间距为4