本发明专利技术公开了一种基于低维碲网络的电容式压力传感器及其制造方法，属于柔性压力传感器领域，包括从上到下依次设置的第一电极层、低维碲介电敏感层、第二电极层，第一电极层和第二电极层通过激光直写等微纳加工制备获得，低维碲介电敏感层通过制造二维碲纳米片和一维碲纳米线的混合粉末，并将此粉末和聚合物弹性体混合制备得到介电弹性薄膜，由于碲具有高介电常数和低导电性，这使得低维碲填充聚合物复合材料具有较高介电常数和较低的介电损耗。此外，一维和二维碲构成多结构混合网络，当外力施加在传感器表面时，除了介电敏感层的厚度变化，随着低维碲网络的变化，介电常数也随之变化，这显著增加了传感器的灵敏度景。这显著增加了传感器的灵敏度景。这显著增加了传感器的灵敏度景。
【技术实现步骤摘要】
一种基于低维碲网络的电容压力传感器及其制备方法
[0001]本专利技术涉及柔性压力传感器的
，具体涉及一种基于低维碲网络的电容压力传感器及其制备方法。
技术介绍
[0002]柔性压力传感器具有弯取可贴敷性、便携轻便等特点，常被装载于一些具有弧度的界面上代替传统的刚性压力传感器，可用于智能机器人，可穿戴设备等领域。
[0003]按照传感原理来分，柔性压力传感器可分为压阻式、电容式、压电式和摩擦电式。其中柔性压力传感器的检测精度高、响应速度快、功耗低，是柔性压力传感器的主要类型之一。柔性电容式压力传感器目前主要是基于介电层的厚度变化从而感知外界施加压力的大小，这导致其灵敏度较低。此外弹性材料属于低介电常数材料，这导致其信号较小，检测精度较差。
[0004]近年来，为了提高其灵敏度和信号稳定性，柔性电容式压力传感器的介电敏感材料主要包括离子凝胶和粒子填充弹性体聚合物。相比离子凝胶介电材料，粒子填充弹性体聚合物具有刚好的鲁棒性。常见的填充粒子包括高介电常数粒子和导电粒子，像钛酸钡这样的高介电常数粒子，由于形态多是球状，很难构成网络，因此其作为电容式压力传感器的介电材料时，对灵敏度提升有限。导电粒子具有较高的导电性，这提高了其复合材料的介电常数，但也导致其电容压力传感器的介电损耗较大。因此，开发一种具有高灵敏度、高介电常数、低介电损耗的柔性电容式压力传感器显得极为重要。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于低维碲网络的弹性介电材料及其制造方法，具有较高的压力灵敏度、高介电常数和低介电损耗，解决了上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于低维碲网络的电容压力传感器的制备方法，包括低维碲粉末的合成、低维碲介电敏感层的制备、基于低维碲网络的电容式压力传感器的制备三个部分。
[0007]作为优选，所述低维碲粉末的合成包含以下步骤：
[0008]A1：按比例取亚碲酸钠粉和聚乙烯吡咯烷酮置于反应釜内，在反应釜中加入溶剂，磁力搅拌15分钟；
[0009]A2：在搅拌均匀的溶液中加入水合肼和氨水，搅拌均匀；
[0010]A3：将盛有溶液的反应釜放入烘箱进行反应，待反应结束后，将反应釜中的溶液倒入离心管中，通过离心、洗涤、干燥获得二维层状结构和一维结构混合的碲烯粉末；
[0011]A4：将获得的碲烯粉末，放入球磨机或砂磨机，研磨得到低维碲粉末。
[0012]作为优选，所述步骤A1中亚碲酸钠粉和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1g：(5.3～5.5)g。
[0013]作为优选，所述步骤A1中亚碲酸钠粉和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1g:5.4g。
[0014]作为优选，所述步骤A1中溶剂为去离子水，聚乙烯吡咯烷酮和溶剂的质量体积比为1g：66mL。
[0015]作为优选，所述步骤A2中水合肼和氨水的比例为1：2，水合肼和溶剂的比例为1：20。
[0016]作为优选，所述步骤A3中在烘箱中的反应时间为35～45小时，反应温度为180℃；离心的转速为10000～15000rpm，离心时间为5分钟；洗涤用的有机溶剂为丙酮或异丙醇，加入量为30ml，洗涤次数3
‑
5次；干燥时间为12小时，干燥温度为80℃。
[0017]作为优选，所述步骤A3中在烘箱中的反应时间为40小时，离心转速为12500rpm。
[0018]作为优选，所述低维碲介电敏感层的制备包含以下步骤：
[0019]B1：取低维碲粉末放入容器中，倒入有机溶剂；
[0020]B2：用细胞粉碎机超声分散30分钟；
[0021]B3：将混合物放入聚合物中，机械搅拌20分钟后，将混合物加热至80℃，把溶剂蒸发掉，并继续搅拌混合物30分钟。
[0022]B4：将混合物用涂膜仪涂抹至玻璃片上，放入烘箱中固化；
[0023]B5：将样品从烘箱取出后，将薄膜从玻璃片剥离，获得低维碲介电敏感层。
[0024]作为优选，所述步骤B3中的聚合物为聚二甲基硅氧烷或聚偏二氟乙烯或热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
[0025]作为优选，所述基于低维碲网络的电容式压力传感器的制备包括以下步骤：
[0026]C1：用微纳加工工艺在柔性基底上制备得到两个对称的电容电极，然后将柔性基底对折，使得两个电容电极上下对称，获得第一电极层和第二电极层；
[0027]C2：将低维碲介电敏感材料切割成指定形状，并将其放到柔性基底上，使其能够覆盖第一电极层和第二电极层的电容电极；
[0028]C3：将对折的第一电极层和第二电极层封装起来，制备得到基于低维碲网络的电容式压力传感器。
[0029]本专利技术还提供了一种基于低维碲网络的电容压力传感器，包括第一电极层、第二电极层、低维碲介电敏感材料层，第一电极层和第二电极层上均设有电容电极，第一电极层和第二电极层采用同一个柔性基底对折获得，并使两者的电容电极对称，所述低维碲介电敏感材料层设于两个电容电极之间，并对第一电极层和第二电极层进行封装。
[0030]本专利技术具备以下有益效果：低维碲介电敏感层通过制造二维碲纳米片和一维碲纳米线的混合粉末，并将此粉末和聚合物弹性体混合制备得到介电弹性薄膜，由于碲具有高介电常数和低导电性，这使得低维碲填充聚合物复合材料具有较高介电常数和较低的介电损耗。此外，一维和二维碲构成多结构混合网络，当外力施加在传感器表面时，除了介电敏感层的厚度变化，随着低维碲网络的变化，介电常数也随之变化，这显著增加了传感器的灵敏度景。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的结构示意图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0033]本专利技术所述的一种基于低维碲网络的电容压力传感器，结构图如图1所示，包括第一电极层1、第二电极层4、低维碲介电敏感材料层3，第一电极层1和第二电极层4上均设有电容电极2，第一电极层1和第二电极层4采用同一个柔性基底对折获得，并使两者的电容电极2对称，所述低维碲介电敏感材料层3设于两个电容电极2之间，并对第一电极层1和第二电极层4进行封装。
[0034]本专利技术的制备方法包括低维碲粉末的合成、低维碲介电敏感层的制备、基于低维碲网络的电容式压力传感器的制备三个部分。
[0035]所述低维碲粉末的合成包含以下步骤：
[0036]A1：按比例取亚碲酸钠粉和聚乙烯吡咯烷酮置于反应釜内，在反应釜中加入溶剂，磁力搅拌15分钟；
[0037]A2：在搅拌均匀的溶液中加入水合肼和氨水，搅拌均匀；
[0038]A3：将盛有溶液的反应釜放入烘箱进行反应，待反应结束后，将反应釜中的溶液倒入离心管中，通过离心、洗涤、干燥获得二维层状结构和一维结构混合的碲烯粉末；
[0039]A4：将获得的碲烯粉本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于低维碲网络的电容压力传感器的制备方法，其特征在于：包括低维碲粉末的合成、低维碲介电敏感层的制备、基于低维碲网络的电容式压力传感器的制备三个部分；所述低维碲粉末的合成通过亚碲酸钠粉和聚乙烯吡咯烷酮在溶剂中反应并加入水合肼和氨水继续反应，之后经过离心、洗涤、干燥、研磨获得低维碲粉末；所述低维碲介电敏感层的制备包括将低维碲粉末在有机溶剂中超声分散，再将分散后的混合物放入聚合物中搅拌加热，之后涂抹到玻璃片上固化玻璃获得低维碲介电敏感层；所述基于低维碲网络的电容式压力传感器的制备包括在柔性基底上加工电容电极，将低维碲介电敏感层切割并与柔性基底组合封装获得基于低维碲网络的电容式压力传感器。2.根据权利要求1所述的一种基于低维碲网络的电容压力传感器的制备方法，其特征在于：所述低维碲粉末的合成包含以下步骤：A1：按比例取亚碲酸钠粉和聚乙烯吡咯烷酮置于反应釜内，在反应釜中加入溶剂，磁力搅拌均匀；A2：在搅拌均匀的溶液中加入水合肼和氨水，搅拌均匀；A3：将盛有溶液的反应釜放入烘箱进行反应，待反应结束后，将反应釜中的溶液倒入离心管中，通过离心、洗涤、干燥获得二维层状结构和一维结构混合的碲烯粉末；A4：将获得的碲烯粉末，放入球磨机或砂磨机，研磨得到低维碲粉末。3.根据权利要求2所述的一种基于低维碲网络的电容压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤A1中亚碲酸钠粉和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1g：（5.3~5.5）g。4.根据权利要求3所述的一种基于低维碲网络的电容压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤A1中亚碲酸钠粉和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1g:5.4g。5.根据权利要求2所述的一种基于低维碲网络的电容压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤A1中溶剂为去离子水，聚乙烯吡咯烷酮和溶剂的质量体积比为1g：66mL，磁力搅拌时间 15 分钟。6.根据权利要求2所述的一种基于低维碲网络的电容压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤A2中水合肼和氨水的比例为1：2，水合肼和溶剂的比例为1：20。7.根据权利要求2所述的一种基于低维碲网络的电容压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤A3中在烘箱中的反应时间为35~45小时，反应温度为180℃；离心的转速为10000~1...
【专利技术属性】
技术研发人员：付翔，王一休，杨青，李凌，张亮，高兴俊，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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