基于摩擦電的聚合物辨識傳感器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及聚合物材料辨識技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于摩擦電的聚合物辨識傳感器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為生活中最常見的物理現(xiàn)象之一，摩擦起電可能并不總是受歡迎的，但它卻是很多工業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)。近年來這種古老的現(xiàn)象也被應(yīng)用于微型能量采集領(lǐng)域，以此為基礎(chǔ)發(fā)明的多種柔性摩擦發(fā)電機器件展示了很好的應(yīng)用潛力。為微型能量采集器件提供了一種簡單、高效同時適用于大規(guī)模工業(yè)制造的新選擇，從而受到極大的關(guān)注。
[0003]兩個不同種類的材料通過相互摩擦、接觸而產(chǎn)生摩擦電荷時，由于兩者對電荷的束縛能力的差異，接觸表面的帶電極性通常是一定的。據(jù)此研宄者通過實驗建立了包括多種類型材料在內(nèi)的摩擦序列，某種材料在序列中的位置通常是固定的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提供一種基于摩擦電的聚合物辨識傳感器及其制作方法。將多個摩擦表面及感應(yīng)電極單元集成于一個柔性襯底，當被探測的物體與摩擦表面接觸時，感應(yīng)電極將分別產(chǎn)生電壓輸出，通過對產(chǎn)生的信號波形進行分析即可確定材料在摩擦序列中的位置，從而完成對一系列已知聚合物材料群的辨識。
[0005]本發(fā)明提供一種基于摩擦電的聚合物辨識傳感器，包括:絕緣保護層、多個摩擦表面層及與其對應(yīng)的多個感應(yīng)電極；所述絕緣保護層介于多個摩擦表面層及與其對應(yīng)的多個感應(yīng)電極之間。
[0006]進一步，所述絕緣保護層材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亞胺或聚四氟乙烯。
[0007]進一步，所述感應(yīng)電極采用銅或金。
[0008]進一步，所述摩擦表面層為光滑或具有微納米結(jié)構(gòu)的聚合物或其他絕緣材料。
[0009]進一步，所述多個摩擦表面層及與其對應(yīng)的多個感應(yīng)電極集成于一個柔性襯底。
[0010]本發(fā)明還提供一種基于摩擦電的聚合物辨識傳感器制作方法，包括以下步驟:
[0011]在單面撓性覆銅板上通過化學鎳金工藝在銅表面沉積一層金薄膜作為感應(yīng)電極；
[0012]層壓一層聚酰亞胺薄膜作為電極間的絕緣保護層；
[0013]將摩擦表面層分別層壓于相對應(yīng)的感應(yīng)電極上。
[0014]進一步，在所述通過化學鎳金工藝在銅表面沉積一層金薄膜作為感應(yīng)電極之前，還包括在所述在單面撓性覆銅板上通過光刻和化學腐蝕將銅薄膜圖形化。
[0015]進一步，所述感應(yīng)電極材料為銅。
[0016]進一步，所述摩擦表面層為光滑或具有微納米結(jié)構(gòu)的聚合物或其他絕緣材料。
[0017]進一步，所述絕緣保護層為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亞胺或聚四氟乙烯。
[0018]本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果:
[0019]1.相比傳統(tǒng)的其他材料辨識技術(shù)而言，本發(fā)明所采用的器件結(jié)構(gòu)及原理極其簡單，具有在人工智能、工業(yè)生產(chǎn)及廢品回收等領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。
[0020]2.本發(fā)明提供的聚合物材料辨識傳感器具有很好的柔性，尺寸小、重量輕，因而具有很好的適應(yīng)性，可以應(yīng)用于多種不同場合。
【附圖說明】
[0021]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定，在附圖中:
[0022]圖1為本發(fā)明實施例1提供的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例1提供的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器制作方法制作的傳感器的感應(yīng)電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本實施例基于摩擦電的聚合物辨識傳感器的摩擦表面層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例2提供的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器制作方法流程示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例2提供的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器制作方法制作完成的傳感器電極版圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0028]實施例1:
[0029]圖1為本實施例基于摩擦電的聚合物辨識傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本實施例基于摩擦電的聚合物辨識傳感器的電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3為本實施例基于摩擦電的聚合物辨識傳感器的摩擦表面層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]參見圖1所示，本實施例基于摩擦電的聚合物辨識傳感器，包括絕緣保護層2，感應(yīng)電極30、31、32、33，摩擦表面層40、41、42、43。絕緣保護層2介于感應(yīng)電極30、31、32、33與摩擦表面層40、41、42、43之間，其中感應(yīng)電極30與摩擦表面層40相對應(yīng)，感應(yīng)電極31與摩擦表面層41相對應(yīng)，感應(yīng)電極32與摩擦表面層42相對應(yīng)，感應(yīng)電極33與摩擦表面層43相對應(yīng)。如圖2所示，為本實施例的感應(yīng)電極30、31、32、33的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，為本實施例的摩擦表面層40、41、42、43的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]作為本實施例的一種優(yōu)選方案，為了獲得更好的絕緣效果，其中絕緣保護層2采用的絕緣材料可以是聚對苯二甲酸乙二醇醋(polyethylene terephthalate，PET)或聚酰亞胺(polyimide，PI)或聚四氟乙稀(polytetrafluoroethylene, PTFE)等。
[0034]作為本實施例的另一種優(yōu)選方案，為了增加導電性及延展性，所述感應(yīng)電極30、31、32、33可以采用銅或金。
[0035]作為本實施例的再一種優(yōu)選方案，為了獲得更好地辨識率，所述摩擦表面層40、41、42、43為光滑或具有微納米結(jié)構(gòu)的聚合物或其他絕緣材料。材料根據(jù)待辨識的聚合物材料群及其在摩擦序列中的位置決定，具體如PET，聚二甲基娃氧燒(polydimethylsi1xane,PDMS)，聚氣乙烯(poly vinyl chloride, P VC),聚四氟乙稀(po lytetraf luoroethy Iene,PTFE)等。
[0036]作為本實施例的又一種優(yōu)選方案，所述多個摩擦表面層40、41、42、43及與其對應(yīng)的多個感應(yīng)電極30、31、32、33集成為柔性襯底置于絕緣基底I上，如圖1所示。
[0037]實施例2:
[0038]圖4為本發(fā)明實施例2提供的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器制作方法流程示意圖；
[0039]圖5為本發(fā)明實施例2提供的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器制作方法制作完成的傳感器電極板圖。
[0040]如圖4所示，本發(fā)明基于摩擦電的聚合物辨識傳感器制作方法，包括以下步驟:
[0041]步驟SllO:在單面撓性覆銅板上通過光刻和化學腐蝕將銅薄膜圖形化，并通過化學鎳金工藝在銅表面沉積一層金薄膜作為感應(yīng)電極，如圖5所示。
[0042]需要說明的是，本步驟中，將銅薄膜圖形化并不是必須的，也可在單面撓性覆銅板上直接通過化學鎳金工藝在銅表面沉積一層金薄膜作為感應(yīng)電極。當然，也可采用銅作為感應(yīng)電極材料。
[0043]步驟S120:層壓一層聚酰亞胺薄膜作為電極間的絕緣保護層；
[0044]本步驟中，也可層壓聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚四氟乙烯等絕緣材料作為絕緣保護層。
[0045]步驟S130:將摩擦表面層分別壓于相對應(yīng)的感應(yīng)電極上。
[0046]特別地，所述摩擦表面層為光滑或具有微納米結(jié)構(gòu)的聚合物或其他絕緣材料。
[0047]需要說明的是，本發(fā)明的制作方法將多個摩擦表面及感應(yīng)電極單元集成于一個柔性襯底，當被探測的物體與摩擦表面接觸時，感應(yīng)電極將分別產(chǎn)生電壓輸出。根據(jù)分析產(chǎn)生的信號波形即可確定材料在摩擦序列中的位置，從而完成對一系列已知聚合物材料群的辨識。本發(fā)明提供聚合物材料辨識技術(shù)具有在人工智能、工業(yè)生產(chǎn)及廢品回收等領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。
[0048]由上可見，應(yīng)用本發(fā)明的制作方法提供的聚合物材料辨識傳感器具有如下優(yōu)點:
[0049]1.相比傳統(tǒng)的其他材料辨識技術(shù)而言，本發(fā)明非常所采用的器件結(jié)構(gòu)及原理極其簡單，具有具有在人工智能、工業(yè)生產(chǎn)及廢品回收等領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。
[0050]2.本發(fā)明提出聚合物材料辨識傳感器具有很好的柔性，尺寸小、重量輕，因而具有很好的適應(yīng)性，可以應(yīng)用于多種不同場合。
[0051]以上所述的實施方式，并不構(gòu)成對該技術(shù)方案保護范圍的限定。任何在上述實施方式的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在該技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于摩擦電的聚合物辨識傳感器，其特征在于，包括: 絕緣保護層、多個摩擦表面層及與其對應(yīng)的多個感應(yīng)電極； 所述絕緣保護層介于多個摩擦表面層及與其對應(yīng)的多個感應(yīng)電極之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器，其特征在于， 所述絕緣保護層材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亞胺或聚四氟乙烯。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器，其特征在于， 所述感應(yīng)電極采用銅或金。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器，其特征在于， 所述摩擦表面層為光滑或具有微納米結(jié)構(gòu)的聚合物或其他絕緣材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于摩擦電的聚合物辨識傳感器，其特征在于，所述多個摩擦表面層及與其對應(yīng)的多個感應(yīng)電極集成為柔性襯底。6.一種基于摩擦電的聚合物辨識傳感器制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 在單面撓性覆銅板上通過化學鎳金工藝在銅表面沉積一層金薄膜作為感應(yīng)電極； 層壓一層聚酰亞胺薄膜作為電極間的絕緣保護層； 將摩擦表面層分別層壓于相對應(yīng)的感應(yīng)電極上。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，在所述通過化學鎳金工藝在銅表面沉積一層金薄膜作為感應(yīng)電極之前，還包括在所述在單面撓性覆銅板上通過光刻和化學腐蝕將銅薄膜圖形化。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述感應(yīng)電極材料為銅。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述摩擦表面層為光滑或具有微納米結(jié)構(gòu)的聚合物或其他絕緣材料。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述絕緣保護層為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亞胺或聚四氟乙烯。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于摩擦電的聚合物辨識傳感器及其制作方法。傳感器包括：絕緣保護層、多個摩擦表面層及與其對應(yīng)的多個感應(yīng)電極；所述絕緣保護層介于多個摩擦表面層及與其對應(yīng)的多個感應(yīng)電極之間。方法包括在單面撓性覆銅板上通過化學鎳金工藝在銅表面沉積一層金薄膜作為感應(yīng)電極；層壓一層聚酰亞胺薄膜作為電極間的絕緣保護層；將摩擦表面層分別置于相對應(yīng)的感應(yīng)電極上。本發(fā)明將多個摩擦表面及感應(yīng)電極單元集成于一個柔性襯底，當被探測的物體與摩擦表面接觸時，感應(yīng)電極將分別產(chǎn)生電壓輸出，并對產(chǎn)生的信號波形進行分析即可確定材料在摩擦序列中的位置，從而完成對一系列已知聚合物材料群的辨識。
【IPC分類】G01N27/00
【公開號】CN104914134
【申請?zhí)枴緾N201510102302
【發(fā)明人】王奕青
【申請人】王奕青
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年3月9日