单电极摩擦纳米发电机在触觉传感器中的应用制造技术

本发明专利技术公开了单电极摩擦纳米发电机在触觉传感器中的应用，所述单电极摩擦纳米发电机包括：化学镀铜织物、金属电极片、PDMS包覆层；其中，金属电极片夹住化学镀铜织物一端部分区域；PDMS包覆层位于最外层，完全包裹化学镀铜织物未被金属电极片夹住的区域以及与该区域相邻的金属电极片的部分区域。本发明专利技术能够在实现触觉传感器自供电的同时，具有优异稳定性、耐水性，识别精度高达99.48％。识别精度高达99.48％。识别精度高达99.48％。

【技术实现步骤摘要】
单电极摩擦纳米发电机在触觉传感器中的应用


[0001]本专利技术属于触觉传感领域，尤其涉及单电极摩擦纳米发电机在触觉传感器中的应用。

技术介绍

[0002]随着“人工智能”时代的到来，机器人正逐渐为人们提供更多的智能服务。触觉是机器人获得环境信息的一种仅次于视觉的重要知觉形式，是机器人实现与环境直接作用的必需媒介。与视觉不同，触觉本身有很强的敏感能力，可直接测量对象和环境的多种性质特征。目前，已有的触觉传感器按传感原理基本上分为：压阻式、压电式、光电式、和电容式。但这些传感器的共同点是工作时必须需要外界电源对其提供传感所需电能，这成为了制约其应用的一个重要因素。
[0003]近年来，基于接触带电和静电感应的摩擦纳米发电机(TENG)在自供电传感领域展示了许多有前景的应用。但是，由于TENG的输出性能易受室外环境的影响，很难利用TENG的电输出信号进行直接传感。另外，灵敏度、识别精度低，也成为其难以商业化的主要原因。因此，开发一种自供电、耐水性好、识别精度高的触觉传感器具有重要意义。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提供了单电极摩擦纳米发电机在触觉传感器中的应用，能够在实现触觉传感器自供电的同时，具有优异稳定性、耐水性，识别精度高达99.48％。
[0005]本专利技术具体方案如下：
[0006]本专利技术提供了单电极摩擦纳米发电机在触觉传感器中的应用，所述单电极摩擦纳米发电机包括：化学镀铜织物、金属电极片、PDMS包覆层；其中，金属电极片夹住化学镀铜织物一端部分区域；PDMS包覆层位于最外层，完全包裹化学镀铜织物未被金属电极片夹住的区域以及与该区域相邻的金属电极片的部分区域。
[0007]本专利技术所述PDMS为聚二甲基硅氧烷。
[0008]对于本专利技术所述单电极摩擦纳米发电机的制备方法不作具体限定，如采用下述方法或其它任意方法只要能够得到上述结构的单电极摩擦纳米发电机即可。如按照如下方法制备：S1、将植物纤维织物置于硝酸银溶液中进行活化处理；S2、将活化后的植物纤维织物置于化学镀铜液中，在35
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55℃下浸泡0.5
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2h，得到化学镀铜织物；S3、采用金属电极片夹住化学镀铜织物一端部分区域，得到待加工件，将待加工件上下两面涂覆含有PDMS和固化剂的混合树脂，使固化后的PDMS完全包裹未被金属电极片夹住的区域以及与该区域相邻的金属电极片的部分区域，即得。
[0009]优选地，所述触觉传感器利用单电极摩擦纳米发电机产生的摩擦电信号结合CNNs特征提取，实现对接触材料的识别。
[0010]优选地，所述触觉传感器接触被识别材料时产生摩擦电信号转，经示波器收集形
成输出信号曲线，提取输出信号曲线特征以识别接触材料。
[0011]优选地，应用时，作用于单电极摩擦纳米发电机表面的应力≥10.4KPa。
[0012]优选地，所述化学镀铜织物是将植物纤维织物置于硝酸银溶液中进行活化处理后，再采用化学镀铜工艺制备得到。
[0013]优选地，金属电极片与化学镀铜织物等宽；化学镀铜织物被金属电极片夹住的区域长度为化学镀铜织物长度的2
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30％。
[0014]优选地，所述金属电极片选自铜片、银片、铁片中任意一种。
[0015]有益效果：
[0016]本专利技术提供了单电极摩擦纳米发电机在触觉传感器中的应用，识别精度高达99.48％。
附图说明
[0017]图1为实施例1制备得到EP
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Cu棉的SEM图和mapping图
[0018]图2为实施例1制备得到化学镀铜棉的XRD图；
[0019]图3为实施例1所述摩擦纳米发电机在不同应力下的输出电压；
[0020]图4为实施例1所述摩擦纳米发电机耐水性、抗压缩性测试图；
[0021]图5为本专利技术所述摩擦纳米发电机识别原理图；
[0022]图6为本专利技术所述摩擦纳米发电机用于识别材料的输出信号分析示意图；
[0023]图7为本专利技术所述摩擦纳米发电机用于识别8种不同材料的输出信号分析；
[0024]图8为本专利技术所述摩擦纳米发电机用于识别材料的准确率；
[0025]图9为对比摩擦纳米发电机用于识别材料的准确率；
具体实施方式
[0026]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本专利技术的范围。
[0027]实施例1
[0028]一种单电极摩擦纳米发电机，包括：化学镀铜棉布、金属铜片、PDMS包覆层；其中，金属铜片夹住化学镀铜棉布一端部分区域；金属铜片与化学镀铜棉布等宽，化学镀铜棉布被金属铜片夹住的区域长度为化学镀铜棉布长度为25％；具体地，化学镀铜棉布为宽6cm，长8cm的矩形，金属铜片宽为6cm，化学镀铜棉布一端被金属铜片夹住，夹住区域长度为2cm；
[0029]PDMS包覆层位于最外层，完全包裹化学镀铜棉布未被金属铜片夹住的区域以及与该区域相邻的金属铜片的部分区域。
[0030]其制备方法具体包括：
[0031]S1、将清洗好的棉布织物烘干，取出后放在浓度为0.08g/ml的AgNO3溶液中浸泡0.5h，取出，烘干，得到活化后的棉布织物；
[0032]S2、将活化后的棉布织物置于化学镀铜液中，化学镀铜液置于水浴锅中，调节水浴锅的温度为40℃，化学镀40min，溶液变透明且棉布上颜色变红，得到化学镀铜棉布(以下附图中简记为：EP
‑
Cu棉)，清洗，烘干；
[0033]其中，化学镀铜液配方为：(1)硫酸铜15g/L；(2)乙二胺四乙酸二钠14g/L；(3)酒石
酸钾钠14g/L；(4)甲醛15ml/L；(5)亚铁氰化钾0.1g/L；(6)2
‑2’
联吡啶0.02g/L；(7)聚乙二醇1g/L；(8)氢氧化钠14g/L；
[0034]本实施例制备得到EP
‑
Cu棉的SEM图和mapping图如图1所示，可以看出，在棉布织物表面附着有致密的球形Cu颗粒。棉布织物纤维与Cu包覆颗粒之间的空隙增大了其表面粗糙度，提高了PDMS/化学镀铜棉的界面接触面积，故而，在相同外应力下，能够表现出更好、更灵敏的输出性能；本实施例制备得到化学镀铜棉的XRD图如图2所示。
[0035]S3、将S2得到的化学镀铜棉布剪成6cm
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8cm的矩形，其中一端的宽边包2cm的铜片，得到待加工件；将待加工件上下两面涂覆包含PDMS和固化剂的混合树脂，使得固化后的PDMS完全包裹未被金属铜片夹住的区域以及与该区域相邻的部分区域，即得目标的TENG器件；其中，PDMS与固化剂的重量比为12.5:1。
[0036]本实施例制备的摩擦纳米发电机在不同应力下的输出电压如图3所示。可以看出，(1)TENG器件可感知的最小应力为1.24KPa，对应输出电压达到1.1V，这表明了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单电极摩擦纳米发电机在触觉传感器中的应用，其特征在于，所述单电极摩擦纳米发电机包括：化学镀铜织物、金属电极片、PDMS包覆层；其中，金属电极片夹住化学镀铜织物一端部分区域；PDMS包覆层位于最外层，完全包裹化学镀铜织物未被金属电极片夹住的区域以及与该区域相邻的金属电极片的部分区域。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述触觉传感器利用单电极摩擦纳米发电机产生的摩擦电信号结合CNNs特征提取，实现对接触材料的识别。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述触觉传感器接触被识别材料时产生摩擦电信号转，经示波器收集形成输出信号曲线，提取输出信号曲线特征以识别接触材料。4.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊俊，张文庆，桂成梅，王三龙，姜涛，刘悦，沈诚，万佳佳，陈俊，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：