CN104914134B - 基于摩擦电的聚合物辨识传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于摩擦电的聚合物辨识传感器及其制作方法。传感器包括：绝缘保护层、多个摩擦表面层及与其对应的多个感应电极；所述绝缘保护层介于多个摩擦表面层及与其对应的多个感应电极之间。方法包括在单面挠性覆铜板上通过化学镍金工艺在铜表面沉积一层金薄膜作为感应电极；层压一层聚酰亚胺薄膜作为电极间的绝缘保护层；将摩擦表面层分别置于相对应的感应电极上。本发明将多个摩擦表面及感应电极单元集成于一个柔性衬底，当被探测的物体与摩擦表面接触时，感应电极将分别产生电压输出，并对产生的信号波形进行分析即可确定材料在摩擦序列中的位置，从而完成对一系列已知聚合物材料群的辨识。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物材料辨识技术领域，特别涉及一种基于摩擦电的聚合物辨识传感器及其制作方法。
背景技术
作为生活中最常见的物理现象之一，摩擦起电可能并不总是受欢迎的，但它却是很多工业技术的基础。近年来这种古老的现象也被应用于微型能量采集领域，以此为基础发明的多种柔性摩擦发电机器件展示了很好的应用潜力。为微型能量采集器件提供了一种简单、高效同时适用于大规模工业制造的新选择，从而受到极大的关注。
两个不同种类的材料通过相互摩擦、接触而产生摩擦电荷时，由于两者对电荷的束缚能力的差异，接触表面的带电极性通常是一定的。据此研究者通过实验建立了包括多种类型材料在内的摩擦序列，某种材料在序列中的位置通常是固定的。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种基于摩擦电的聚合物辨识传感器及其制作方法。将多个摩擦表面及感应电极单元集成于一个柔性衬底，当被探测的物体与摩擦表面接触时，感应电极将分别产生电压输出，通过对产生的信号波形进行分析即可确定材料在摩擦序列中的位置，从而完成对一系列已知聚合物材料群的辨识。
本发明提供一种基于摩擦电的聚合物辨识传感器，包括：绝缘保护层、多个摩擦表面层及与其对应的多个感应电极；所述绝缘保护层介于多个摩擦表面层及与其对应的多个感应电极之间。
进一步，所述绝缘保护层材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺或聚四氟乙烯。
进一步，所述感应电极采用铜或金。
进一步，所述摩擦表面层为光滑或具有微纳米结构的聚合物或其他绝缘材料。
进一步，所述多个摩擦表面层及与其对应的多个感应电极集成于一个柔性衬底。
本发明还提供一种基于摩擦电的聚合物辨识传感器制作方法，包括以下步骤：
在单面挠性覆铜板上通过化学镍金工艺在铜表面沉积一层金薄膜作为感应电极；
层压一层聚酰亚胺薄膜作为电极间的绝缘保护层；
将摩擦表面层分别层压于相对应的感应电极上。
进一步，在所述通过化学镍金工艺在铜表面沉积一层金薄膜作为感应电极之前，还包括在所述在单面挠性覆铜板上通过光刻和化学腐蚀将铜薄膜图形化。
进一步，所述感应电极材料为铜。
进一步，所述摩擦表面层为光滑或具有微纳米结构的聚合物或其他绝缘材料。
进一步，所述绝缘保护层为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺或聚四氟乙烯。
本发明具有如下有益技术效果：
1.相比传统的其他材料辨识技术而言，本发明所采用的器件结构及原理极其简单，具有在人工智能、工业生产及废品回收等领域应用的潜力。
2.本发明提供的聚合物材料辨识传感器具有很好的柔性，尺寸小、重量轻，因而具有很好的适应性，可以应用于多种不同场合。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明实施例1提供的基于摩擦电的聚合物辨识传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的基于摩擦电的聚合物辨识传感器制作方法制作的传感器的感应电极的结构示意图；
图3为本实施例基于摩擦电的聚合物辨识传感器的摩擦表面层的结构示意图；
图4为本发明实施例2提供的基于摩擦电的聚合物辨识传感器制作方法流程示意图；
图5为本发明实施例2提供的基于摩擦电的聚合物辨识传感器制作方法制作完成的传感器电极版图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
图1为本实施例基于摩擦电的聚合物辨识传感器的结构示意图；
图2为本实施例基于摩擦电的聚合物辨识传感器的电极的结构示意图；
图3为本实施例基于摩擦电的聚合物辨识传感器的摩擦表面层的结构示意图。
参见图1所示，本实施例基于摩擦电的聚合物辨识传感器，包括绝缘保护层2，感应电极30、31、32、33，摩擦表面层40、41、42、43。绝缘保护层2介于感应电极30、31、32、33与摩擦表面层40、41、42、43之间，其中感应电极30与摩擦表面层40相对应，感应电极31与摩擦表面层41相对应，感应电极32与摩擦表面层42相对应，感应电极33与摩擦表面层43相对应。如图2所示，为本实施例的感应电极30、31、32、33的结构示意图；如图3所示，为本实施例的摩擦表面层40、41、42、43的结构示意图。
作为本实施例的一种优选方案，为了获得更好的绝缘效果，其中绝缘保护层2采用的绝缘材料可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)或聚酰亚胺(polyimide，PI)或聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)等。
作为本实施例的另一种优选方案，为了增加导电性及延展性，所述感应电极30、31、32、33可以采用铜或金。
作为本实施例的再一种优选方案，为了获得更好地辨识率，所述摩擦表面层40、41、42、43为光滑或具有微纳米结构的聚合物或其他绝缘材料。材料根据待辨识的聚合物材料群及其在摩擦序列中的位置决定，具体如PET，聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)，聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)，聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)等。
作为本实施例的又一种优选方案，所述多个摩擦表面层40、41、42、43及与其对应的多个感应电极30、31、32、33集成为柔性衬底置于绝缘基底1上，如图1所示。
实施例2：
图4为本发明实施例2提供的基于摩擦电的聚合物辨识传感器制作方法流程示意图；
图5为本发明实施例2提供的基于摩擦电的聚合物辨识传感器制作方法制作完成的传感器电极板图。
如图4所示，本发明基于摩擦电的聚合物辨识传感器制作方法，包括以下步骤：
步骤S110：在单面挠性覆铜板上通过光刻和化学腐蚀将铜薄膜图形化，并通过化学镍金工艺在铜表面沉积一层金薄膜作为感应电极，如图5所示。
需要说明的是，本步骤中，将铜薄膜图形化并不是必须的，也可在单面挠性覆铜板上直接通过化学镍金工艺在铜表面沉积一层金薄膜作为感应电极。当然，也可采用铜作为感应电极材料。
步骤S120：层压一层聚酰亚胺薄膜作为电极间的绝缘保护层；
本步骤中，也可层压聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚四氟乙烯等绝缘材料作为绝缘保护层。
步骤S130：将摩擦表面层分别压于相对应的感应电极上。
特别地，所述摩擦表面层为光滑或具有微纳米结构的聚合物或其他绝缘材料。
需要说明的是，本发明的制作方法将多个摩擦表面及感应电极单元集成于一个柔性衬底，当被探测的物体与摩擦表面接触时，感应电极将分别产生电压输出。根据分析产生的信号波形即可确定材料在摩擦序列中的位置，从而完成对一系列已知聚合物材料群的辨识。本发明提供聚合物材料辨识技术具有在人工智能、工业生产及废品回收等领域应用的潜力。
由上可见，应用本发明的制作方法提供的聚合物材料辨识传感器具有如下优点：
1.相比传统的其他材料辨识技术而言，本发明非常所采用的器件结构及原理极其简单，具有具有在人工智能、工业生产及废品回收等领域应用的潜力。
2.本发明提出聚合物材料辨识传感器具有很好的柔性，尺寸小、重量轻，因而具有很好的适应性，可以应用于多种不同场合。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于摩擦电的聚合物辨识传感器，其特征在于，包括：
绝缘保护层、多个摩擦表面层及与其对应的多个感应电极；
绝缘保护层介于多个摩擦表面层及与其对应的多个感应电极之间；
多个摩擦表面层及与其对应的多个感应电极集成于柔性衬底上。
2.一种如权利要求1所述的基于摩擦电的聚合物辨识传感器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
在单面挠性覆铜板上通过化学镍金工艺在铜表面沉积一层金薄膜作为感应电极；
层压一层聚酰亚胺薄膜作为电极间的绝缘保护层；
将摩擦表面层分别层压于相对应的感应电极上；
在通过化学镍金工艺在铜表面沉积一层金薄膜作为感应电极之前，还包括在单面挠性覆铜板上通过光刻和化学腐蚀将铜薄膜图形化；
摩擦表面层为光滑或具有微纳米结构的聚合物或其他绝缘材料。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160412 Address after: 100081 Beijing City, Haidian District Haidian Street No. 3 electronic building block A 1521B Applicant after: Beijing Micron Technology Co.,Ltd. Address before: 100080 room 329, Microelectronics Research Institute, Peking University, Beijing, Haidian District Applicant before: Wang Yiqing |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20171219 Termination date: 20200309 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |