一种基于摩擦纳米发电机的传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于摩擦纳米发电机的传感器及其制备方法，传感器包括：传感器主体和摩擦起电装置，传感器主体包括：底层和顶层，摩擦起电装置包括：圆环结构，滑块和弹簧；顶层覆盖于底层上，并且顶层和底层之间具有多个滑动槽，滑块位于滑动槽内，滑动槽的侧壁呈近似圆形，滑动槽的侧壁上具有多个间隔设置的圆环槽，圆环槽与滑动槽侧壁形状相适配，圆环槽内具有圆环结构，滑动槽的长度大于滑块的长度，滑块的一端与弹簧连接，弹簧通过连接柱固定于底层的相对于顶层的面上。本发明专利技术的技术方案克服现有技术中基于摩擦纳米发电机的穿戴式传感器穿戴不方便、制作周期较长、制作成本较高的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦纳米发电机的传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种基于摩擦纳米发电机的传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]摩擦纳米发电机能用于收集各种形式的机械能量，比如人体运动、机械振动、旋转、风能、声波等。此外，再通过将各种机械运动转化成电信号，摩擦纳米发电机可以作为自供能传感器来探测位移、速度、金属离子、湿度、温度、紫外光强等。摩擦纳米发电机具有输出功率大，效率高，重量轻，材料成本低，制造简单的优点。摩擦纳米发电机的输出一般与环境中的机械运动之间存在着线性关系。因此，基于摩擦纳米发电机的传感器可以作为主动传感器来探测环境中的机械扰动等，并能够达到极高的灵敏度。
[0003]当前对于基于摩擦纳米发电机(TENG)的穿戴式传感器更多关注于其发电的特性，而忽略了其作为穿戴式传感器的便捷性。并且现有技术中此种传感器的制作周期较长、制作成本较高。
[0004]因此，现需要一种穿戴方便、制作周期较短、制作成本较低的一种基于摩擦纳米发电机的传感器及其制备方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供种基于摩擦纳米发电机的传感器及其制备方法，以解决现有技术中基于摩擦纳米发电机的穿戴式传感器穿戴不方便、制作周期较长、制作成本较高的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于摩擦纳米发电机的传感器，包括：传感器主体和摩擦起电装置，传感器主体包括：底层和顶层，摩擦起电装置包括：圆环结构，滑块和弹簧；
[0007]顶层覆盖于底层上，并且顶层和底层之间具有多个滑动槽，滑块位于滑动槽内，滑动槽的侧壁呈近似圆形，滑动槽的侧壁上具有多个间隔设置的圆环槽，圆环槽与滑动槽侧壁形状相适配，圆环槽内具有圆环结构，滑块上具有易失电子层和覆盖于易失电子层上的易得电子层，圆环结构的与滑块相接触的面上具有易失电子层，滑动槽的长度大于滑块的长度，滑块的一端与弹簧连接，弹簧通过连接柱固定于底层的相对于顶层的面上。进一步地，底层为正方形，底层的四个角处分别具有一个正方形凸起结构，每个正方形凸起结构与相邻正方形凸起结构之间形成一个滑动槽，多个滑动槽形成“十”字形结构。
[0008]进一步地，连接柱位于底层的中心位置处，连接柱的远离底层的一端面上具有凸起的“十”字形连接结构，顶层和底层大小和形状相同，顶层的中心位置处具有“十”字形凹槽结构，连接结构和凹槽结构相互配合。
[0009]进一步地，四个滑块分别位于四个滑动槽内，并且四个滑块的一端分别与四个弹簧固定连接。
[0010]进一步地，滑块的上部为圆柱体结构，下部为四棱台结构，正方形凸起结构的与滑块接触处为梯台结构。
[0011]进一步地，易失电子层为铜胶带，易得电子层由PVDF或PI制成；圆环槽的长度为0.8cm，两圆环槽之间距离0.2cm，滑块的长度为1cm。
[0012]进一步地，顶层和底层的外侧封装一层TPU薄膜。
[0013]一种基于摩擦纳米发电机的传感器制备方法，具体包括如下步骤：
[0014]S1，利用3D打印技术，并根据实际尺寸需要，打印出底层、顶层、圆环结构和滑块。
[0015]S2，利用3D打印技术，打印出用于制备PVDF薄膜的模具。
[0016]S3，机械搅拌PVDF和DMF得到PVDF纺丝前驱液。
[0017]S4，将PVDF纺丝前驱液利用静电纺丝机均匀涂抹在模具上，经恒温干燥后，从模具上剥离PVDF涂层，形成PVDF薄膜。
[0018]S5，将PVDF薄膜裁剪为适合贴附在滑块表面的大小，得到易得电子层。
[0019]S6，将易失电子层材料裁剪为适合贴附于圆环结构的大小，并裁剪为适合滑块贴附的大小，得到易失电子层。
[0020]S7，分别在与滑块接触的滑动槽内表面的易失电子层和滑块的易失电子层上用导电银胶粘附导电铜线。
[0021]S8，在滑块上粘附一层易失电子层，再在易失电子层上粘附一层易得电子层，在与滑块接触的圆环结构内表面上粘附一层易失电子层，滑块通过弹簧与连接柱相连，滑块置于滑动槽内，顶层置于底层上，并通过连接结构和凹槽结构固定连接，完成传感器的制备。
[0022]S9，在顶层与底层的外侧粘附绝缘材料，完成封装。
[0023]进一步地，步骤S1和步骤S2中的3D打印机参数为喷头温度230℃，热床温度65℃。
[0024]进一步地，步骤S3中的PVDF与DMF的混合质量比为1:9。
[0025]本专利技术具有如下有益效果：
[0026]1.本专利技术提供的传感器，传感器主体选用柔软无毒材料，佩戴安全、舒适、轻便、由于摩擦纳米发电机的自供能特性，使佩戴更加方便，封装选用无毒绝缘材料，可以避免人体表面电荷对传感器带来影响。
[0027]2.本专利技术提供的传感器，设立独立的摩擦起电装置，在滑块表面或与滑块接触的圆环结构的表面进行易失电子层和易得电子层的贴附，摩擦起电装置便于制作，使不便于制作的传感器主体可以反复利用，使传感器便于更换、调节。缩短了制作周期、降低了成本、延长了传感器使用寿命。
[0028]3.本专利技术提供的传感器，初始时滑块位于靠近底层上的连接柱一端，且不与滑动槽的远离连接柱的切面相接触，对比于在滑动槽内只设置一个圆环结构的设计，此种设计能更准确的反映滑块当前位置，进而能够反映更多的工作情况。本专利技术提供的传感器，可以自由选择工作的方向，可四个方向同时工作，也可以一个方向单独工作，从而适应不同的工作环境。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0030]图1示出了本专利技术的一种基于摩擦纳米发电机的传感器的底层结构俯视图；
[0031]图2示出了本专利技术的一种基于摩擦纳米发电机的传感器顶层结构俯视图；
[0032]图3示出本专利技术的一种基于摩擦纳米发电机的传感器的整体结构侧面剖视爆炸图；
[0033]图4示出本专利技术的一种基于摩擦纳米发电机的传感器的除去顶层的俯视图。
[0034]其中，上述附图中的附图标记为：
[0035]10、底层；11、正方形凸起结构；111、梯台结构；12、连接柱；121、连接结构；13、圆环槽；20、顶层；21、凹槽结构；30、滑块；31、圆柱体结构；32、四棱台结构；40、弹簧；50、滑动槽。
具体实施方式
[0036]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]如图1、图2、图3和图4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦纳米发电机的传感器，其特征在于，包括：传感器主体和摩擦起电装置，所述传感器主体包括：底层和顶层，所述摩擦起电装置包括：圆环结构，滑块和弹簧；所述顶层覆盖于所述底层上，并且所述顶层和底层之间具有多个滑动槽，所述滑块位于所述滑动槽内，所述滑动槽的侧壁呈近似圆形，所述滑动槽的侧壁上具有多个间隔设置的圆环槽，所述圆环槽与所述滑动槽侧壁形状相适配，所述圆环槽内具有所述圆环结构，所述滑块上具有易失电子层和覆盖于所述易失电子层上的易得电子层，所述圆环结构的与所述滑块相接触的面上具有所述易失电子层，所述滑动槽的长度大于所述滑块的长度，所述滑块的一端与所述弹簧连接，所述弹簧通过连接柱固定于所述底层的相对于所述顶层的面上。2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的传感器，其特征在于，所述底层为正方形，所述底层的四个角处分别具有一个正方形凸起结构，每个所述正方形凸起结构与相邻所述正方形凸起结构之间形成一个所述滑动槽，多个所述滑动槽形成“十”字形结构。3.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的传感器，其特征在于，所述连接柱位于所述底层的中心位置处，所述连接柱的远离所述底层的一端面上具有凸起的“十”字形连接结构，所述顶层和所述底层大小和形状相同，所述顶层的中心位置处具有“十”字形凹槽结构，所述连接结构和所述凹槽结构相互配合。4.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的传感器，其特征在于，四个所述滑块分别位于四个所述滑动槽内，并且四个所述滑块的一端分别与四个所述弹簧固定连接。5.根据权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机的传感器，其特征在于，所述滑块的上部为圆柱体结构，下部为四棱台结构，所述正方形凸起结构的与所述滑块接触处为梯台结构。6.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的传感器，其特征在于，所述易...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，黄梁松，张坤，李玉霞，杜明超，王新龙，姜迎，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：