【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及压电传感器领域，具体涉及一种基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，各种柔性传感器的发展改善了人们生活，将人们带进物联网时代。压力传感器将压力转化为各种信号从而实现对外界环境的感知。其中，压电传感器因其自供电的优势得到更多关注。
2、为了获得具有较大灵敏度的压电传感器，人们通常使用pzt，batio3等陶瓷材料制备传感器，因为他们相较于pvdf等有机压电材料具有较大的压电系数，然而陶瓷材料的脆性和高硬度限制了其在柔性传感器领域的使用。目前开发出的衬底转移工艺，刻蚀工艺等工艺虽然可以制备柔性传感器，但是复杂的工艺和昂贵的成本阻碍了大规模应用。在耐高温柔性衬底上直接生长连续性无机压电相是比较热门且有效的制备柔性传感器的方法。目前研究者们开发出了云母和陶瓷基底作为衬底，但是他们较大的弯曲曲率半径限制了他们在各种不规则曲面上的良好贴附。虽然已开发出基于玻璃纤维布的柔性压电传感器，但是因为其软化点温度为700℃左右，纤维经过高温处理后强度几乎完全丧失，并且不适用于需要更高结晶温度的压电相的生长，因此寻找耐超高温的柔性衬底，制备较小弯曲曲率半径且具有良好机械强度的压电传感器是值得研究的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制备方法简单，基于耐高温衬底的，压电相连续，具有大的输出信号的柔性压电传感器。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、
4、(1)配制pzt前驱体溶液：将铅源，锆源，钛源与溶剂混合，配置成pbzr0.52ti0.48o3(pzt)前驱体溶液；
5、(2)制备pzt-bff复合压电材料：将pzt前驱体浸渍在玄武岩纤维布(bff)表面后，再经热处理，得到pzt-bff复合压电材料；
6、(3)制备pzt-bff/pdms复合压电膜：将pzt-bff夹在pdms层间，得到pzt-bff/pdms复合压电膜；
7、(4)使用pdms将导电织物贴附在pzt-bff/pdms复合压电膜两侧，即可得到基于耐高温的玄武岩纤维布的柔性压电传感器。
8、所利用的玄武岩纤维布(basalt fiber fabric,bff)是由玄武岩纤维细纱编织而成，具有1250℃的熔点和高至980℃的使用温度，单纤直径为6-12μm，由单纤集成一根玄武岩纤维束，纤维束再经编织成玄武岩纤维布。因为玄武岩纤维布的使用温度可达980℃，几乎包含了所有压电相的成核温度，因此可以作为大部分压电相的衬底，并且在烧结后仍能保持良好的机械强度。以bff为衬底生长的pzt相具有连续性，克服了传统的0-3复合型压电材料应力传递不均匀的问题，而在纤维连接处的pzt相更是作为应力集中区域，使器件可以获得更大的压电输出。经过pdms封装后的pzt-bff/pdms复合压电膜具有超高的柔性，弯曲曲率半径<1.45mm，可以多次对折。因此可获得基于高耐温性、适合多种压电相生长的衬底的兼具良好柔性和高输出的压电传感器。
9、进一步地，步骤(1)的具体步骤包括：
10、(1-1)按照pbzr0.52ti0.48o3的原子比，将正丙醇锆和钛酸四丁酯，与乙酰丙酮混合后，溶于乙二醇甲醚中，搅拌得到澄清溶液a；
11、(1-2)按照pbzr0.52ti0.48o3的原子比，将三水合醋酸铅溶于乙二醇甲醚中，搅拌得到澄清溶液b；
12、(1-3)将澄清溶液a和澄清溶液b混合后，放置48小时，得到澄清的亮黄色溶液，即pzt前驱体溶液；
13、步骤(2)的具体步骤包括：
14、(2-1)将玄武岩纤维布(bff)浸渍于pzt前驱体溶液后，取出干燥，再进行加热处理，并重复该步骤多次，以使浸渍完全；
15、(2-2)将经过加热处理后的玄武岩纤维布进行退火处理，得到pzt-bff压电纤维布。
16、进一步地，步骤(2-1)中加热处理的温度为350-450℃，时间为5-15min，重复次数为2-10次；
17、进一步地，步骤(2-2)中所述退火处理温度为650-750℃，时间为0.5-1h。
18、进一步地，步骤(3)的具体步骤为：先将pdms旋涂在玻璃片上，然后将pzt-bff放置在pdms上，经过退火后，再旋涂一层pdms，将所得薄膜退火，得到pzt-bff/pdms复合压电膜。
19、进一步地，步骤(4)的具体步骤为：在pzt-bff/pdms复合压电膜表面旋涂一层pdms，然后将导电织物放置在pdms上，将半成品器件退火，在薄膜反面再旋涂一层pdms并迅速粘贴导电织物，经过退火后，得到基于耐高温的玄武岩纤维布的柔性压电传感器。
20、进一步地，步骤(3)，步骤(4)中退火的温度均为120-140℃，时间为10min-2h。
21、本专利技术的第二方面，是提供采用上述方法制备的柔性压电传感器。
22、本专利技术的第三方面，是提供上述柔性压电传感器的应用，该柔性压电传感器用于检测喉部的吞咽、发声，手臂弯曲以及吹气气流。
23、进一步地，所述的检测喉部的吞咽、发声，手臂弯曲和吹气气流的具体应用方法为：将柔性压电传感器贴到人体的喉部，并通过周期性的吞咽和发声使得柔性压电传感器发生变形，产生电压信号。将柔性压电传感器贴到手肘处，并通过不同角度的周期性的手臂弯曲使得柔性压电传感器产生不同的输出信号。对着柔性压电传感器吹气，通过气流的变化使得柔性压电传感器产生电压信号。
24、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
25、(1)本专利技术提供的玄武岩纤维布具有1250℃的熔点和高至980℃的使用温度，适合绝大部分压电相的生长，经过高温烧结后仍能保持良好的机械强度；
26、(2)本专利技术提供的pzt-bff压电薄膜的制备方法简单，制备成本低，柔性高，弯曲曲率半径<1.45mm；
27、(3)本专利技术制备的柔性传感器具有连续的压电相，具有良好的应力传递，在纤维连接处的压电层形成应力集中，因此具有超高的灵敏度，在0-10n范围内电压电流灵敏度分别为2.538v/kpa和21.889na/kpa。除此之外，具有极小的检测下限(<0.5n)，超快的响应时间(10ms左右)，并且具有极好的耐久度(大于5000次循环)。
28、(4)本专利技术制备的柔性传感器可以用于但不限于检测喉部吞咽、发声，手臂弯曲和吹气气流等。
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1.一种基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2-1)中所述加热处理的温度为350-450℃，时间为5-15min，重复次数为2-10次；
4.根据权利要求1所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)的具体步骤为：先将PDMS旋涂在玻璃片上，然后将PZT-BFF放置在PDMS上，经过退火后，再旋涂一层PDMS，将所得薄膜再退火，得到PZT-BFF/PDMS复合压电膜；
5.根据权利要求4所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，所述退火的温度均为120-140℃，时间为10min-2h。
6.根据权利要求1所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述玄武岩纤维
7.根据权利要求6所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，所述的玄武岩纤维直径为6-12μm。
8.一种采用如权利要求1-7任一项所述的方法制备的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器。
9.一种如权利要求8所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的应用，其特征在于，该柔性压电传感器用于检测喉部的吞咽、发声，手臂弯曲，以及吹气气流。
10.根据权利要求9所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的应用，其特征在于，所述的检测喉部的吞咽、发声，手臂弯曲和吹气气流的具体应用方法为：将柔性压电传感器贴到人体的喉部，并通过周期性的吞咽和发声使得柔性压电传感器产生电压信号；将柔性压电传感器贴到手肘处，并通过不同角度的周期性的手臂弯曲使得柔性压电传感器产生不同的输出信号；对着柔性压电传感器吹气，通过气流的变化使得柔性压电传感器产生电压信号。
...【技术特征摘要】
1.一种基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2-1)中所述加热处理的温度为350-450℃，时间为5-15min，重复次数为2-10次；
4.根据权利要求1所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)的具体步骤为：先将pdms旋涂在玻璃片上，然后将pzt-bff放置在pdms上，经过退火后，再旋涂一层pdms，将所得薄膜再退火，得到pzt-bff/pdms复合压电膜；
5.根据权利要求4所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其特征在于，所述退火的温度均为120-140℃，时间为10min-2h。
6.根据权利要求1所述的基于高耐温性玄武岩纤维布的柔性压电传感器的制备方法，其...
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