基于pvdf纳米纤维的柔性振动传感器制作方法_2

文档序号:9764638阅读:来源:国知局
00~600um;所述掩膜板尺寸可根据 需求来设计,并非仅限于本发明中的矩形的叉指电极;
[0024] 3.2磁控瓣射制作叉指电极:选取步骤2.3制得的已转移PVDF纳米纤维的基层巧) PDMS胶体薄膜置于磁控瓣射托上,安装上步骤3.1制作的金属掩膜板,在Ar气氛、70~90W瓣 射功率条件下,采用标准的瓣射工艺瓣射一层侣电极;
[0025] 步骤4:安装导出电极并封装
[0026] 4.1安装导出电极:将导出电极一端的卡口分别卡住PDMS薄膜上叉指电极的两 端,并用银浆将叉指电极和导出电极焊接紧密,置于烘箱中在50~60°C的溫度下烘烤30~ 60min,直至银浆干燥,制成带导出电极的电极本体;
[0027] 4.2浸涂封装:按步骤2.1所述方法,再次配置PDMS胶体,静置待气泡排出后,将步 骤4.1制得的带导出电极的电极本体置于培养皿中,再加入PDMS胶体,直至PDMS胶体完全浸 没电极本体,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 置于烘箱中,在60~100°C的溫度条件下烘烤30~120min;
[0028] 4.3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;
[0029] 步骤5:器件测试
[0030] 器件测试包括敲击测试和振动测试,测试所需设备和仪器包括:旋转马达、激振 器、铜片,当进行振动测试时,所述基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器贴在所述铜片上;
[0031] 5.1测试方法:将步骤4.3制成的基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器的两根导 线接入信号放大器,信号放大器接入数据采集卡,所述数据采集卡接入计算机信号输入端, 通过计算机进行采集并存储分析所述基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器的输出信号;分 别测试所述基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器的输出电压与时间关系曲线;
[0032] 5.2敲击测试:通过马达敲击样品进行测试,马达的头部安装了两个可变长度的 敲击棒,通过马达的旋转不停地敲击基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器的输出电压信 号,并用计算机对数据进行采集存储分析;测试所述基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器 的输出电压与时间关系曲线;
[0033] 5.3振动测试:将基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器贴在一块铜片上,将铜片 斑到一定角度后再松开,让铜片进行阻尼振动,同时对基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感 器的输出信号进行采集;用激振器W扫频模式激励铜片振动,并对输出信号进行采集。
[0034] 本发明的有益效果是:
[0035] 1、所述振动传感器是通过形变产生压电信号输出,因此无需外加电源供电;
[0036] 2、振动传感器所用的压电材料具有较好的柔初性的PVDF,相比于其他的压电材料 能够承受大幅度的形变量;
[0037] 3、振动传感器整体都是通过PDMS进行封装,因此其柔性、耐久性、生物相容性较 好,可W适应于不同环境的需求;
[0038] 4、振动传感器的形状、大小、厚度并非固定不变,因此可W适应不同条件的需求;
[0039] 5、单个器件可W做到很薄,理论上可W做到十几个微米,因此可W将多个器件进 行叠加串连提高压电信号输出。
【附图说明】
[0040] 图1是静电纺丝的PVDF纳米线的沈M图片;
[0041 ]图2是柔性振动传感器的拆分结构3D模型图;
[0042] 图3是柔性振动传感器的完整结构3D模型图;
[0043] 图4是柔性振动传感器进行敲击测试时的敲击装置模型图;
[0044] 图5是敲击装置的两个敲击棒的长度不同时,被测柔性振动传感器的输出电压与 时间的关系图;
[0045] 图6是柔性振动传感器W不同的弯曲角度弯曲释放后,被测柔性振动传感器输出 电压与时间关系图;
[0046] 图7是柔性振动传感器进行振动测试时的测试装置图;
[0047] 图8是振动测试装置中的激振器W扫频模式从甜Z到30化激励铜板进行振动时,被 测柔性振动传感器输出电压与激振频率之间的关系图;
[0048] 图9是将振动测试装置中的铜板弯曲到一定程度后释放做阻尼振动时,柔性振动 传感器的电压输出与时间关系图。
[0049] 图中的标记说明:I-PVDF纳米纤维,2-叉指电极,3-导出电极,4-底部封装层, 5-PDMS基层,6-上部封装层,7-旋转马达,8-柔性振动传感器,9-铜片,10-激振器。
【具体实施方式】
[0050] W下结合附图对本发明实施例作进一步说明:
[0051] 如附图1~3,本发明基于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 5、PVDF纳米纤维1、叉指电极2,所述叉指电极巧I出端连接有导出电极3;所述PDMS基层5是 设定厚度的聚二甲基硅氧烷胶体、所述PVDF纳米纤维1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2是通过磁控瓣射方法在所述PVDF纳米纤维1上瓣射的一 层侣质电极、所述PDMS封装层是封装在所述电极本体外表面的聚二甲基硅氧烷胶体;本发 明实施例附图中仅标出了上部封装层6和底部封装层4,作为本发明技术方案的一个实施 例,所述电极本体和PDMS封装层的制作方法按如下步骤进行:
[0052] 步骤1:静电纺丝法制备PVDF纳米纤维
[005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30% :70% 的比例混合并揽拌均匀;按PVDF的浓度为0.12g/ml的比例向所述DMF和丙酬的混合液中加 入PVDF粉末,并在60°C的条件下密封揽拌60min,直至整个溶液为澄清透明状;
[0054] 1.2静电纺丝接受板的制作:设定接受极板是边长为20 X 20cm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1cm、长5cm,两侣锥 片之间长边平行并相距20mm,宽边在同一条直线上;
[0055] 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15cm,直流电压源电 压为15^,微量注射累的推进速度为5〇111/111111,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IOmin;
[0056] 步骤2:转移PVDF纳米纤维
[0057] 2.1 PDMS胶体配制:将固化剂和PDMS预聚物按质量比为10:1的比例混合并揽拌 IOmin 后静置 90min;
[005引 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90°C溫度下 烘烤60min;
[0059] 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PVD
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