一种具有压阻效应的柔性振动传感器及其制备方法技术

一种具有压阻效应的柔性振动传感器，属于柔性功能电子材料及新型传感器技术领域。所述柔性振动传感器包括敏感材料和导电电极，敏感材料包括碳纳米管膜、以及附着于碳纳米管膜上的氧化锌颗粒，其中，所述碳纳米管膜的厚度为50～80μm，氧化锌颗粒尺寸为200～500nm，碳纳米管与氧化锌的质量比为(12～15):1。本发明专利技术传感器的敏感材料包括碳纳米管膜和氧化锌颗粒。一方面，底层的碳纳米管膜具有三维导电网络结构，撞击引起的物体振动导致敏感材料表面振动而发生形变，进而改变碳纳米管的三维导电网络的电阻；另一方面，氧化锌具有压阻效应，撞击引起的物体振动也能引起氧化锌层的电阻变化，有效增强了振动传感器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种具有压阻效应的柔性振动传感器及其制备方法
本专利技术属于柔性功能电子材料及新型传感器
，具体涉及一种具有压阻效应且有测距能力的柔性振动传感器及其制备方法。
技术介绍
力学传感器是将力学信号转换为其他检测信号的传感器，主要包括金属箔应变仪、压电晶片(通常是锆钛酸铅)、光纤、电磁声换能器和压电聚合物型传感器(例如聚偏二氟乙烯及其共聚物)。其中，应变仪和压电聚合物薄膜型传感器仅响应低频频谱信号，灵敏度低；压电晶片无法弯曲和拉伸，不能用于曲面或复杂的表面，且重量和体积较大；基于光纤的传感器很脆，将光纤嵌入诸如层压复合材料的结构中不仅会使制备过程更加复杂，还会降低复合材料的局部强度；聚偏二氟乙烯及其共聚物可以实现大面积覆盖并很好地适应曲面，但其压电系数通常较低，导致灵敏度较低。因此，迫切需要研发能兼具灵活性(对弯曲结构的适应性)、重量(对检查结构的附加质量较低)、体积(对检查结构的机械性能造成可忽略的退化)等性能的新型传感器。柔性振动传感器是将振动转换为检测信号，可以应用于语音识别、方位测定和测距中，是力学传感器的一种。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
现有力学传感器存在的问题，提出了一种具有压阻效应的柔性振动传感器及其制备方法、在方位测定中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种具有压阻效应的柔性振动传感器，所述柔性振动传感器包括敏感材料和导电电极，其特征在于，所述敏感材料包括碳纳米管膜、以及附着于碳纳米管膜上的氧化锌颗粒，其中，所述碳纳米管膜的厚度为50～80μm，氧化锌颗粒尺寸为200～500nm，碳纳米管与氧化锌的质量比为(12～15):1。进一步地，所述敏感材料是通过原子层沉积技术(ALD)在表面等离子体处理后的碳纳米管膜上沉积氧化锌得到的。一种具有压阻效应的柔性振动传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用化学气相沉积法制备碳纳米管膜，并进行等离子体处理；步骤2、采用原子层沉积技术在步骤1处理后的碳纳米管膜上沉积氧化锌层；以二乙基锌为锌源，去离子水为氧源，沉积温度140～160℃，循环次数为100～500；其中，一次循环包括：二乙基锌脉冲0.02s～0.03s，氮气清洗8～10s，去离子水脉冲0.02s～0.04s，氮气清洗8～10s；步骤3、制备电极，得到所述柔性振动传感器。进一步地，所述碳纳米管膜的厚度为50～80微米。进一步地，步骤1所述等离子体处理的功率为290～320W，空气气压为10～50Pa，时间为10～15min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提供的一种具有压阻效应的柔性振动传感器，其敏感材料包括碳纳米管膜以及附着于碳纳米管膜上的氧化锌颗粒。一方面，底层的碳纳米管膜具有三维导电网络结构，撞击引起的物体振动导致敏感材料表面振动而发生形变，进而改变碳纳米管的三维导电网络的电阻；另一方面，氧化锌具有压阻效应，撞击引起的物体振动也能引起氧化锌层的电阻变化，有效增强了振动传感器的灵敏度。2、本专利技术采用原子层沉积技术制备氧化锌层，经原子层沉积处理后的碳纳米管的压阻性能和环境适应性均有较大提升，对敏感材料压阻效应的增强具有重要的积极作用。附图说明图1为实施例得到的柔性振动传感器(b)和仅以步骤2处理后的羟基化碳纳米管膜作为敏感材料制备的振动传感器(a)的电阻变化率曲线；图2为步骤1碳纳米管膜(a)和步骤2等离子体处理后的羟基化的碳纳米管膜(b)的接触角照片；图3为步骤3得到的氧化锌@碳纳米管膜在拉伸长度为0.1mm即应变为0.5％时的应变电阻测试结果；图4为步骤3得到的氧化锌@碳纳米管膜在拉伸长度为0.5mm即应变为2.5％时的应变电阻测试结果；图5为步骤3得到的氧化锌@碳纳米管膜在拉伸长度为1mm即应变为5％时的应变电阻测试结果；图6为步骤3得到的氧化锌@碳纳米管膜在拉伸长度为2mm即应变为10％时的应变电阻测试结果；图7为步骤3得到的氧化锌@碳纳米管膜在拉伸长度为3mm即应变为15％时的应变电阻测试结果；图8为步骤3得到的氧化锌@碳纳米管膜在不同应变下的电阻变化率曲线；图9为实施例得到的柔性振动传感器在撞击时，传感器的电阻变化率；图10为实施例柔性振动传感器的电阻变化率与距离的关系。具体实施方式下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。实施例一种具有压阻效应的柔性振动传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用化学气相沉积法制备厚底为50微米的碳纳米管膜，步骤2、采用等离子体清洗机PT-2S对步骤1得到的碳纳米管膜进行等离子体处理，功率为300W，空气气压为10Pa，等离子体处理时间为10min，得到羟基化的碳纳米管膜；步骤3、采用原子层沉积技术在步骤1处理后的碳纳米管膜上沉积氧化锌层，得到氧化锌@碳纳米管膜；以二乙基锌为锌源，去离子水为氧源，沉积温度为150℃，循环次数为280次。其中，一次循环包括：二乙基锌脉冲0.02s，氮气清洗8s(去除反应生成的乙烷以及没有参与反应的二乙基锌气体分子)，去离子水脉冲0.02s，氮气清洗8s(去除反应生成的乙烷以及没有参与反应的水分子)；首先二乙基锌进入反应腔内与碳纳米管膜上的官能团羟基发生取代反应，生成乙烷，同时乙基锌通过锌氧键附着在碳纳米管表面，然后，去离子水进入反应腔内，水中的羟基与锌原子上的乙基发生取代反应，生成乙烷，此时在碳纳米管表面的羟基位点上形成了一个碳-氧-锌-羟基的结构，完成了一个原子层的循环过程；步骤4、将步骤3得到的氧化锌@碳纳米管膜裁剪为一定形状并涂敷电极，再焊接引线，即可得到所述柔性振动传感器。对实施例得到的柔性振动传感器和仅以步骤2处理后的羟基化碳纳米管膜作为敏感材料制备的振动传感器的压阻效应进行测试，将柔性传感器放入压力器ZQ-770，施加周期性的三角波的力(0-4kgf)，同时用数字源表2450记录样品的电阻数据。图1为实施例得到的柔性振动传感器(b)和仅以步骤2处理后的羟基化碳纳米管膜作为敏感材料制备的振动传感器(a)的电阻变化率曲线；由图1可知，随着压力的上升，仅以步骤2处理后的羟基化碳纳米管膜作为敏感材料制备的振动传感器的电阻迅速变小，压力逐渐撤去，电阻恢复，形成图中的一个周期峰，经计算其电阻变化率为1.99％，而实施例得到的柔性振动传感器的电阻变化率为5.12％。同时，碳纳米管膜的零负载电阻初始值为52.7欧姆，而氧化锌@碳纳米管膜的零负载电阻上升为69.3欧姆，这说明氧化锌成功沉积在碳纳米管膜上，使得氧化锌@碳纳米管膜的电阻升高，增大了压阻效应。图2为步骤1碳纳米管膜(a)和步骤2等离子体处理后的羟基化的碳纳米管膜(b)的接触角照片；由图2可知，等离子体处理前碳纳米管膜的接触角为125°，显示出较好的超疏水特性，而等离子体处理后的羟基化的碳纳米管膜的接触角为50°，表明等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有压阻效应的柔性振动传感器，所述柔性振动传感器包括敏感材料和导电电极，其特征在于，所述敏感材料包括碳纳米管膜、以及附着于碳纳米管膜上的氧化锌颗粒，其中，所述碳纳米管膜的厚度为50～80μm，氧化锌颗粒尺寸为200～500nm，碳纳米管与氧化锌的质量比为(12～15):1。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有压阻效应的柔性振动传感器，所述柔性振动传感器包括敏感材料和导电电极，其特征在于，所述敏感材料包括碳纳米管膜、以及附着于碳纳米管膜上的氧化锌颗粒，其中，所述碳纳米管膜的厚度为50～80μm，氧化锌颗粒尺寸为200～500nm，碳纳米管与氧化锌的质量比为(12～15):1。


2.根据权利要求1所述的具有压阻效应的柔性振动传感器，其特征在于，所述敏感材料是通过原子层沉积技术在表面等离子体处理后的碳纳米管膜上沉积氧化锌得到的。


3.一种具有压阻效应的柔性振动传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用化学气相...

【专利技术属性】
技术研发人员：慕春红，刘启明，娄帅，宁婧，尹良君，简贤，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51