【技术实现步骤摘要】
基于3D打印的柔性传感器装置及其制备方法
[0001]本专利技术属于压电传感器
，尤其是涉及一种基于3D打印的柔性自取能压电传感器装置及其制备方法。
技术介绍
[0002]目前柔性传感器技术是极具挑战和潜力的发展方向，在人工智能、医疗健康等领域有着广阔的发展前景。柔性材料一般具有弹性模量低，可拉伸性好，共形能力好，而3D打印技术实现了成型的灵活性，应用在柔性传感器的制造过程中可以克服传统制造方法加工周期长，工艺复杂的缺点。
[0003]随着各项技术的开发，人们对传感器提出了更高的要求，迫切需要具有一些具有特殊结构能够适应各种复杂场合的传感器。
[0004]压电传感器是一种基于压电效应的传感器，压电材料受力后表面会产生电荷，将压力信号转化为电信号输出，从而很好的实现对压力的测量。柔性压电传感器解决了常规传感器装置在工作中拉伸强度差、材质脆、柔韧性差等问题，其外形可随工作需求进行变化，在保证灵敏压电特性的同时兼顾柔韧特性。申请号为201810920836的专利“柔性压电传感器”中，柔性压电传感器由压电器件和...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种柔性自取能压电传感器装置，其特征在于，包括3D打印成型的柔性压电传感器和自取能电路，所述自取能电路与柔性压电传感器通过金属导线进行连接；所述自取能电路包含：压电数据采集模块：包括运放电路与显示系统，所述柔性压电传感器的下电极板与运算电路的正极相连，上电极板经导线连接至运放电路的负极；所述运放电路的输出连接显示系统；压电能量采集获取模块：由依次连接的整流模块、储能模块、开关控制模块及小功率负载组成，柔性压电传感器的上、下电极连接至整流模块的两端，整流模块将柔性压电传感器产生的正负交替的电信号转化为直流电，再通过储能模块进行电能储存；开关控制模块对显示系统电压和储能模块的电压进行比较：当储能模块的电压小于显示系统所示电压时，开关控制模块的开关断开，继续为储能模块充电；当储能模块的电压大于显示系统所示电压且能满足负载用电要求时，开关控制模块的开关闭合，实现储能模块向小功率负载的供电。2.一种基于3D打印的柔性自取能压电传感器装置的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，根据柔性压电传感器的柔韧性能及压电性能要求，制备出符合性能要求的复合压电打印材料；S2，通过三维绘图软件对柔性压电传感器的进行建模，得到柔性压电传感器的打印模型；S3，将模型数据导入3D打印机，再通过3D打印机对复合压电打印材料进行固化制造，得到柔性打印传感器；S4，对柔性打印传感器进行电压极化处理，得到柔性压电传感器；S5，将柔性压电传感器外接自取能电路，得到柔性自取能压电传感器装置。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述复合压电打印材料的组成包括压电晶体纳米颗粒、导电高分子材料、柔性打印树脂、表面官能化剂及光引发剂；所述压电晶体纳米颗粒载量大致为30vol％至50vol％；所述复合压电打印材料的制备过程包括如下步骤：S11，将压电晶体纳米颗粒的粉末超声分散在含有冰醋酸的去离子水中，利用超声波清洗机对其进行超声分散；S12，将表面官能化剂加入到步骤S11的溶液中，将所得混合物进行加热回流搅拌；S13，通过离心机对步骤S12的混合物进行离心清洁，并去掉上清液，然后在乙醇中分散至少两个循环；再次用离心机收集陶瓷颗粒，将所得颗粒物进行干燥获得表面官能化的压电晶体纳米颗粒；S14，将步骤S13得到的压电晶体纳米颗粒放入到含有导电高分子材料、光引发剂的柔性打印树脂溶液中，使用物理研磨方法混合一定时间得到所需的复合压电打印材料。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述压电晶体纳米颗粒为平均直径为220.9nm、居里温度为360℃的锆钛酸铅压电陶瓷纳米颗粒；所述表面官能化剂为甲基丙烯酸丙酯，所述柔性打印树脂为聚乙二醇二丙烯酸酯；所述光引发剂为LAP材料。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤S3中，将导电橡皮贴附于柔性打印传感器的两侧，通过导电橡皮由高压极化电源向柔性打印传感器施加30kV的极化直流电压，极化电流为5mA，在室温下极化1.5小时，得到柔性压电传感器。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述自取能电路包含压电数据采集模块和压电能量采集获取模块，所述压电数据采集模块包括运放电路与显示系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：金亮，巩德鑫，张哲瑄，杨庆新，刘素贞，张闯，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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