The invention provides a dual-mode sensor and its application in the process of detecting pressure and strain, belonging to the field of flexible electronics. The dual-mode sensor comprises a piezoelectric layer and a piezoresistive layer; the piezoelectric layer is composed of a piezoelectric composite film with a microstructure and a gold electrode sprayed on the composite film; the piezoresistive layer is composed of a graphene film sprayed on the surface of a gold electrode with a microstructure and a graphene film sprayed on the surface of a PDMS with a microstructure; the microstructure is a tetragonal microarray. According to the piezoresistive current value, the dual-mode sensor detects the static force and the voltage pulse value to detect the high-frequency dynamic signal, so as to realize the function that the single-mode sensor cannot achieve. In the detection of bending strain, more strain information can be obtained by combining the characteristics of piezoelectric layer and piezoresistive layer. In the test process, the dual-mode sensor can simultaneously sense the size, direction and strain rate of the bending strain of the sample.
【技术实现步骤摘要】
一种双模式传感器及其在检测压力和应变过程中的应用
本专利技术属于柔性电子领域,尤其涉及一种压电/压阻双模式传感器及其在检测压力和应变过程中的应用。
技术介绍
近年来,随着人工智能和物联网的快速发展,人们对智能终端的需求也越来越高,柔性智能电子设备作为新兴产品受到越来越多的追捧,而作为其核心部件之一的柔性压力传感器也逐渐成为了研究热点。相对于传统的刚性传感器,柔性压力传感器由于刚度小,变形大等特点可以适用于人体及多种复杂工作环境。将柔性压力传感器集成在可穿戴电子设备或做为电子皮肤直接贴在人体表面可以进行人体运动姿态的有效测量,结合远程信息传输和及时通讯的功能,未来可能实现远程的医疗诊断、健康监测及预防跌倒报警等功能。智能机器人领域的发展也离不开柔性传感器技术,其感知功能是它与外界信息交流的纽带,智能机器人的皮肤应该像人的皮肤一样柔软,可包覆复杂的结构,能够感知外界压力的刺激。此外,柔性压力传感器一般很薄,容易在狭小工作空间贴敷于工件表面,通过传感器阵列可以检测复杂形状表面的压力分布在精密加工领域也有着广泛的应用前景。压阻式传感器对微小的压力具有非常敏感的响应特性,但是在保持高的灵敏度时,线性检测区间较小,而且大多数压阻式传感器不能感知受力方向或者应变方向。压阻式传感器虽然能感知静态信息和缓慢的信号变化,但是其响应时间较长,对瞬时的信号突变不敏感,不能感知瞬时的变形速率等信息。压电式压力传感器将外界刺激转化为电压或电流脉冲信号,能够感知瞬间的动态信息,但是电荷量随着时间的推移而减少,所以压电或摩擦电传感器适用于高频信号的检测,不适合静态信息的检测。目前,将压电 ...
【技术保护点】
1.一种双模式传感器,其特征在于,包括压电层和压阻层;所述压电层由具有微结构的压电复合薄膜,以及喷涂在复合薄膜上金电极构成;所述压阻层由喷涂在具有微结构的金电极表面的石墨烯薄膜和喷涂在具有微结构的PDMS表面的石墨烯薄膜构成;所述微结构为正四棱台微阵列,所述正四棱台的上底面边长和下底面边长的比值k与阵列高度h满足:
【技术特征摘要】
1.一种双模式传感器,其特征在于,包括压电层和压阻层;所述压电层由具有微结构的压电复合薄膜,以及喷涂在复合薄膜上金电极构成;所述压阻层由喷涂在具有微结构的金电极表面的石墨烯薄膜和喷涂在具有微结构的PDMS表面的石墨烯薄膜构成;所述微结构为正四棱台微阵列,所述正四棱台的上底面边长和下底面边长的比值k与阵列高度h满足:其中,为第一变量,具体为为第二变量,具体为为第三变量,具体为cij、eij和kij分别是弹性劲度常数、压电应力常数和介电常数;a2为正四棱台底面边长;F表示为压力,t为时间,R为电压表内阻,V为压电层的输出电压。2.根据权利要求1所述双模式传感器,其特征在于,所述正四棱台微阵列优选为金字塔形微阵列。3.根据权利要求1所述双模式传感器,其特征在于,所述正四棱台微阵列高度优选为h=40μm。4.根据权利要求1所述双模式传感器,其特征在于,所述压电层通过以下方法制备得到:(1)将1gBTO纳米颗粒浸泡于10mLH2O2,在90℃条件下浸泡6h使BTO纳米颗粒表面改性,烘干得到h-BTO粉末。(2)取步骤(1)制备得到的h-BTO粉末0...
【专利技术属性】
技术研发人员:吴化平,王有岩,裘烨,王怡超,孔琨,蒋正扬,
申请(专利权)人:浙江工业大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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