一种驻极体压电电缆及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种驻极体压电电缆及其应用。所述驻极体压电电缆包括依次同轴设置的第一电极芯、压电驻极体层、聚合物绝缘层、第二电极层以及屏蔽层。本发明专利技术还提供了所述压电电缆在交通轴传感器、压电电缆开关和接触式传声器中的应用。该驻极体压电电缆具有压电信号强，电压响应灵敏度更高，机械强度高，线性输出良好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含有压电驻极体薄膜的压电电缆，尤其是涉及一种采用自屏蔽同轴结构的驻极体压电电缆。
技术介绍
压电传感器是利用压电材料受力后产生的压电效应制成的传感器，已经广泛用于声学、医疗、工业、交通、安防等众多领域，正逐步改变人们的生活和工作方式，成为社会发展的趋势。压电材料在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷。压电材料可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料，现有技术通常采用极化聚偏氟乙烯（PVDF）、聚二氟乙烯和聚三氟乙烯共聚物作为压电材料。传统压电传感器是平板薄膜型，近年来随应用需求，出现了压电电缆。压电电缆采用同轴设计，当压电电缆被压缩或拉伸时，会发生压电效应，从而产生正比于压力的电荷或者电压信号，以提供工作电压。近年来有多篇文献公开了封闭的外层和多孔或者穿孔的中间层组成的多层系统。多孔压电驻极体是带有过剩电荷的孔洞结构聚合物薄膜材料/结构。多孔压电驻极体薄膜具有优越的压电性能，其厚度方向的压电系数通常达到数百pC/N，与压电陶瓷的压电系数相当甚至更高，是一种新型的机电传感材料/结构。现有技术中，压电电缆存在着信号强度弱等技术问题，所以亟需开发一种压电信号强度高，灵敏性好的压电电缆。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：将多空腔的压电驻极体材料应用于驻极体压电电缆中，从而提供一种压电信号更强，电压响应灵敏度更高，机械强度高，线性输出良好，单位长度阻抗低的压电电缆。为了解决上述技术问题，本专利技术通过如下技术方案实现的：一种驻极体压电电缆，该压电电缆包括依次同轴设置的第一电极芯、压电驻极体层、聚合物绝缘层、第二电极层以及屏蔽层。其中，所述压电驻极体层的材料为聚偏氟乙烯（PVDF）、氟化乙丙稀共聚物(FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酞亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，优选聚偏氟乙烯（PVDF）。其中，压电驻极体层包括具有凹坑的第一聚合物膜层，结合在第一聚合物膜层的具有凹坑的表面上的至少一个第二聚合物膜层，在第一聚合物膜层与第二聚合物膜层之间形成的空腔，其中凹坑的形成是通过将聚合物溶液涂覆在具有凸起的模板上实现的。也就是说，本专利技术的压电驻极体包括第一聚合物膜层，结合在第一聚合物膜层上的至少一个第二聚合物膜层，以及在第一聚合物膜层与第二聚合物膜层之间形成的空腔，其中所述空腔是通过第一聚合物膜层的凹坑与第二聚合膜层围成的，所述凹坑的形成是通过将聚合物溶液涂覆在具有凸起的模板上实现的。其中，空腔的长度和/或宽度大于等于1微米小于10微米，深度为大于0.5微米小于10微米，空腔间距为0.5到50微米。其中，所述聚合物绝缘层所用的材料是聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯。其中，所述第一电极芯和第二电极层所用材料分别独立的选自金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨、钒、铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金中的任意一种。其中，所述屏蔽层所用材料是铜或铝。其中，所述驻极体压电电缆还包括护套层。其中，所述护套层的材料为聚氨酯、聚乙烯或聚氯乙烯。其中，所述压电驻极体层的厚度为4mm~5mm，第一电极芯直径为420μm~2.76mm，第二电极层厚度为20μm~500μm，聚合物绝缘层3厚度为10μm~1mm。一种所述压电电缆在交通轴传感器上的应用。其中，所述压电驻极体层的厚度为200μm~500μm，第一电极芯直径为420μm~1.38mm，第二电极层厚度为20μm~50μm，聚合物绝缘层3厚度为10μm~100μm。一种所述压电电缆在压电电缆开关中的应用。所述压电驻极体层的厚度为200μm~600μm，第一电极芯直径为420μm~2.25mm，第二电极层厚度为20μm~200μm，聚合物绝缘层3厚度为10μm~350μm。一种所述压电电缆在接触式传声器中的应用。本专利技术的有益效果如下：本专利技术驻极体压电电缆，采用自屏蔽同轴结构。第一电极芯外部包有一层压电驻极体薄膜层，优选为PVDF层，其中PVDF层是具有多空腔的驻极体薄膜，其是经过精加工后形成0.5μm～50μm的空腔间隙的PVDF驻极体薄膜。当电缆受到压力或被拉伸，由于使用压电常数较高的驻极体薄膜，便会产生较强的压电信号。压电电缆具有高机械强度和良好的线性输出，电压响应灵敏度好等特性。附图说明图1是本专利技术驻极体压电电缆的结构示意图；图2是本专利技术驻极体压电电缆的剖面结构示意图。其中图中符号表示如下：1-第一电极芯，2-压电驻极体层，3-聚合物绝缘层，4-第二电极层，5-屏蔽层。具体实施方式本专利技术具有压电效应的压电电缆，采用自屏蔽同轴结构。该压电电缆包括依次同轴设置的第一电极芯、压电驻极体层、聚合物绝缘层、第二电极层以及屏蔽层。由于压电驻极体层采用了多空腔的压电驻极体材料，当电缆受到压力或被拉伸，产生正比于压力的压电信号，通过第一电极芯和第二电极层输出。如图1和2所示，一种驻极体压电电缆，该压电电缆依次包括同轴的第一电极芯1、压电驻极体层2、聚合物绝缘层3、第二电极层4以及屏蔽层5。压电驻极体层可以是各种压电驻极体材料薄膜形成的，优选是由具有多空腔结构的压电驻极体薄膜形成，所述的压电驻极体薄膜结构包括具有凹坑的第一聚合物膜层，结合在第一聚合物膜层的具有凹坑的表面上的至少一个第二聚合物膜层，在第一聚合物膜层与第二聚合物膜层之间形成的空腔。其中制备该压电驻极体的材料可以是常规的方法，也可以通过如下方法制备：（1）将聚合物溶液涂覆在具有凸起的模板上，之后进行干燥；干燥后将模板移除得到具有凹坑的第一聚合物膜；以及（2）将步骤（1）干燥后的至少一个第一聚合物膜与第二聚合物膜结合形成空腔。能够起到绝缘作用的高分子材料均可应用于本专利技术用作聚合物绝缘层3，优选聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚丙烯（PP）。第一电极芯1和第二电极层4所用材料分别独立的选自金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨、钒、铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驻极体压电电缆，其特征在于，该压电电缆包括依次同轴设置的第一电极芯、压电驻极体层、聚合物绝缘层、第二电极层以及屏蔽层。

【技术特征摘要】
1.一种驻极体压电电缆，其特征在于，该压电电缆包括依次同轴设置的
第一电极芯、压电驻极体层、聚合物绝缘层、第二电极层以及屏蔽层。
2.根据权利要求1所述驻极体压电电缆，其中所述压电驻极体层的材料
为聚偏氟乙烯（PVDF）、氟化乙丙稀共聚物(FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、
聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酞亚胺(PI)和聚对苯二甲
酸乙二酯(PET)，优选聚偏氟乙烯（PVDF）。
3.根据权利要求1或2所述的驻极体压电电缆，其中压电驻极体层包括
具有凹坑的第一聚合物膜层，结合在第一聚合物膜层的具有凹坑的表面上的至
少一个第二聚合物膜层，在第一聚合物膜层与第二聚合物膜层之间形成的空
腔，其中凹坑的形成是通过将聚合物溶液涂覆在具有凸起的模板上实现的。
4.根据权利要求3所述的驻极体压电电缆，其中空腔的长度和/或宽度大
于等于1微米小于10微米，深度为大于0.5微米小于10微米，空腔间距为0.5
到50微米。
5.根据权利要求1-4任一项所述的驻极体压电电缆，所述聚合物绝缘层所
用的材料是聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯。
6.根据权利要求1-5任一项所述的驻极体压电电缆，其中所述第一电极芯
和第二电极层所用材料分别独立的选自金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、
硒、铁、锰、钼、钨、钒、铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合
金、锰合金、镍合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军锋，王卓，J·亦岭森，陈锋，
申请(专利权)人：纳米新能源唐山有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13