CN108827502A - 柔性压电式压力传感器及其制备方法 - Google Patents
柔性压电式压力传感器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108827502A CN108827502A CN201810639272.4A CN201810639272A CN108827502A CN 108827502 A CN108827502 A CN 108827502A CN 201810639272 A CN201810639272 A CN 201810639272A CN 108827502 A CN108827502 A CN 108827502A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- semi
- layer
- finished product
- nanofiber
- interdigital
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 31
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 13
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 claims description 51
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 19
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 16
- OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N zirconium nitrate Chemical compound [Zr+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 14
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 13
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 11
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 11
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 10
- 229920005573 silicon-containing polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 238000005352 clarification Methods 0.000 claims description 9
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 7
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 6
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 5
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 5
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 3
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 3
- 238000009991 scouring Methods 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 claims 1
- VDGJOQCBCPGFFD-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-) silicon(4+) titanium(4+) Chemical compound [Si+4].[O-2].[O-2].[Ti+4] VDGJOQCBCPGFFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 11
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- GRPQBOKWXNIQMF-UHFFFAOYSA-N indium(3+) oxygen(2-) tin(4+) Chemical class [Sn+4].[O-2].[In+3] GRPQBOKWXNIQMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- PMTRSEDNJGMXLN-UHFFFAOYSA-N titanium zirconium Chemical compound [Ti].[Zr] PMTRSEDNJGMXLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/08—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8548—Lead-based oxides
- H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了柔性压电式压力传感器及其制备方法。该制备方法包括：配置前驱体溶液，基于静电纺丝工艺制备锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维；以柔性基底层为基底，以氧化铟锡为原材料，基于磁控溅射工艺、紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺在柔性基底层的一面上制备叉指电极层；令纳米纤维的一面与叉指电极层的矩形叉指表面接触，在纳米纤维的另一面上制作掩蔽层，连接电极引线及叉指电极层的焊盘，制得柔性压电式压力传感器。本发明的柔性压电式压力传感器及制备方法，通过采用叉指电极层及锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层制备压力传感器，提高了柔性压电式压力传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及压力传感器领域，尤其涉及一种柔性压电式压力传感器及其制备方法。
背景技术
随着智能可穿戴产品的迅速发展，对柔性压力传感器的灵敏度要求也越来越高。专利CN106959176A中公开的一种柔性压力传感器，在制作多尺度电极时，是通过涂布机将金纳米棒溶液涂布到聚二甲基硅氧烷上以获得金纳米棒膜，由于制备的金纳米棒膜上的电极为无规则排列方式，且无法控制电极之间的间距，因此采用金纳米棒膜制备出的压力传感器的灵敏度提升幅度较小。
发明容
本发明的目的是提供一种柔性压电式压力传感器及其制备方法，以解决现有技术中柔性压电式压力传感器灵敏度低的问题。
一种柔性压电式压力传感器，包括：所述柔性压电式压力传感器自下到上依次为柔性基底层、叉指电极层、锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层及掩蔽层；
所述叉指电极层包括矩形叉指、叉指连接线及焊盘；
所述矩形叉指的一端通过所述叉指连接线连接所述焊盘；
所述锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层固定于所述叉指电极层上，所述锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层覆盖所述矩形叉指。
可选的，所述柔性基底层的材料为厚度为0.175毫米的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
可选的，所述叉指电极层的材料为厚度为0.2微米～2微米氧化铟锡；所述叉指电极层厚度均匀；
所述矩形叉指的叉指宽度为5毫米，相邻的矩形叉指之间的间隙距离为5毫米，所述矩形叉指的对数为5～20对。
可选的，所述柔性压电式压力传感器还包括二氧化硅层；
所述二氧化硅层位于所述柔性基底层与所述叉指电极层之间。
可选的，所述柔性压电式压力传感器还包括电极引线；
所述电极引线的一端和所述焊盘连接；所述电极引线的另一端自由伸出，用于连接导线。
一种柔性压电式压力传感器的制备方法，所述方法包括：
配置前驱体溶液，基于静电纺丝工艺制备锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维；
以柔性基底层为基底，以氧化铟锡为原材料，基于磁控溅射工艺、紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺在所述柔性基底层的一面上制备叉指电极层，得到第一半成品；
将所述锆钛酸铅纳米纤维放置于所述第一半成品的具有叉指电极层的一面上，令所述锆钛酸铅纳米纤维的一面与所述第一半成品的具有叉指电极层的一面接触；
以固化剂和液态聚二甲基硅氧烷为原材料，基于旋涂工艺在所述锆钛酸铅纳米纤维的另一面上制备掩蔽层，得到第二半成品；
连接电极引线和所述第二半成品的叉指电极层中的焊盘，得到所述柔性压电式压力传感器
可选的，所述配置前驱体溶液，具体包括：
按离子摩尔比Pb:Zr:Ti＝1.1:0.52:0.48称取乙酸铅、硝酸锆及钛酸四丁酯；按体积比4.6：4.3:1称取聚乙烯吡咯烷酮溶液、乙二醇甲醚和冰醋酸；
将所述硝酸锆溶于所述乙二醇甲醚溶液中，充分搅拌至溶液澄清，得到第一混合液；
使用滴管在所述第一混合液中加入3滴乙酰丙酮，得到第二混合液；
将所述钛酸四丁酯加入所述第二混合液中，充分搅拌至溶液澄清，得到第三混合液；
将所述乙酸铅溶于所述冰醋酸中，充分搅拌至溶液澄清，得到第四混合液；
将所述第四混合液逐滴加入所述第三混合液中，边滴边搅拌至溶液澄清，得到第五混合液；
在搅拌2小时后的第五混合液中加入所述聚乙烯吡咯烷酮，得到第六混合液；在所述第六混合液中，所述乙酸铅、所述硝酸锆和所述钛酸四丁酯的浓度之和为0.4mol/L；
对所述第六混合液搅拌12个小时，通过超声波对所述第六混合液作用1小时，得到所述前驱体溶液。
可选的，所述基于静电纺丝工艺制备锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维，具体包括：
设定静电纺丝机的接收板的接收距离为6厘米，所述静电纺丝机的注射器推进速度为0.5毫升/小时，所述静电纺丝机的滚筒的转速为40弧度/秒；
将所述前驱体溶液注入所述静电纺丝机，纺制纳米纤维；
对制备的纳米纤维在60摄氏度下恒温干燥10小时；
对制备的纳米纤维在400摄氏度下热处理0.5小时；
对制备的纳米纤维以5摄氏度/分钟的升温速度自60摄氏度升温至400摄氏度，并在400摄氏度下保温0.5小时；
对制备的纳米纤维以5摄氏度/分钟的升温速度自400摄氏度升温至550摄氏度，并在550摄氏度下保温2小时；
对制备的纳米纤维自然冷却到室温，得到所述锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维。
可选的，所述以柔性基底层为基底，以氧化铟锡为原材料，基于磁控溅射工艺、紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺在所述柔性基底层的一面上制备叉指电极层，得到第一半成品，具体包括：
擦洗厚度为0.175毫米的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底；
将擦洗后的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底放入酒精蒸汽中干燥；
以固体二氧化硅为靶材，基于磁控溅射工艺在干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底的一面上溅射沉淀一层厚度为10纳米～40纳米的二氧化硅层，得到第三半成品；所述二氧化硅层厚度均匀；
以固体氧化铟锡为靶材，基于磁控溅射工艺在所述第三半成品的二氧化硅层的一面上溅射沉淀一层厚度为0.2微米～2微米的氧化铟锡层，得到第四半成品；
在所述第四半成品的氧化铟锡层的一面上旋涂光刻胶，采用紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺制备叉指电极，得到所述第一半成品。
可选的，所述以固化剂和液态聚二甲基硅氧烷为原材料，基于旋涂工艺在所述锆钛酸铅纳米纤维的另一面上制备掩蔽层，得到第二半成品，具体包括：
以体积比为1:10的固化剂和液态聚二甲基硅氧烷制备旋涂液；
将所述旋涂液通过滴管涂抹于所述第一半成品的锆钛酸铅纳米纤维的另一面上，得到第五半成品；
以1000转每分钟的转速对所述第五半成品旋涂处理30秒，得到第六半成品；
对所述第六半成品在60摄氏度下恒温干燥2小时，得到所述第二半成品。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的柔性压电式压力传感器及其制备方法，配置前驱体溶液，基于静电纺丝工艺制备锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维；以柔性基底层为基底，以氧化铟锡为原材料，基于磁控溅射工艺、紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺在柔性基底层的一面上制备叉指电极层；令纳米纤维的一面与叉指电极层的矩形叉指表面接触，在纳米纤维的另一面上制作掩蔽层，连接电极引线及叉指电极层的焊盘，制得柔性压电式压力传感器。本发明的柔性压电式压力传感器及制备方法，通过采用叉指电极层及锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层制备压力传感器，提高了柔性压电式压力传感器的灵敏度。
本发明还通过采用氧化铟锡制备叉指电极层，避免了使用金电极，降低了柔性压电式压力传感器及制备方法的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的柔性压电式压力传感器实施例的截面结构示意图；
图2为本发明所提供的柔性压电式压力传感器实施例的俯视结构示意图；
图3为本发明所提供的柔性压电式压力传感器制备方法实施例的流程图；
图4为本发明所提供的锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维制备方法制备出的纳米纤维SEM形貌图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种柔性压电式压力传感器及其制备方法，用来提高柔性压电式压力传感器的灵敏度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的柔性压电式压力传感器实施例的截面结构示意图，如图1所示，所述柔性压电式压力传感器自下到上依次为柔性基底层1、叉指电极层2、锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层3和掩蔽层4。
在实际应用中，所述柔性压电式压力传感器还包括二氧化硅层5；所述二氧化硅层位于所述柔性基底层1与所述叉指电极层2之间。
图2为本发明所提供的柔性压电式压力传感器实施例的俯视结构示意图，如图2所示，叉指电极层2包括矩形叉指21、叉指连接线22及焊盘23；
叉指电极包括矩形叉指21、叉指连接线22及焊盘23。
所述矩形叉指21的一端通过所述叉指连接线22连接所述焊盘23；
所述锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层3固定于所述叉指电极层2上，锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维25覆盖矩形叉指21。
在实际应用中，所述柔性压电式压力传感器还包括电极引线24；所述电极引线与所述焊盘23连接。
在实际应用中，所述柔性基底层1的材料为厚度为0.175毫米的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
在实际应用中，所述叉指电极层2的材料为厚度为0.2微米～2微米氧化铟锡；所述矩形叉指21的叉指宽度为5毫米，相邻的矩形叉指之间的间隙距离为5毫米，所述矩形叉指21的对数为5～20对。
在实际应用中，掩蔽层4的材料为聚二甲基硅氧烷。
本实施例中的柔性压电式压力传感器，在柔性基底层1上增加了一层二氧化硅层5，从而增强了柔性基底层与叉指电极层的结合力。使用叉指宽度及相邻叉指间隙为5毫米的叉指电极，缩小了电极尺寸，增大了单位叉指电极层面积内的叉指电极对数，同时在叉指电极层上覆盖锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层，提升了柔性压电式压力传感器的灵敏度。本发明还通过采用氧化铟锡制备叉指电极层，避免了使用金电极，降低了柔性压电式压力传感器的成本。
图3为本发明所提供的柔性压电式压力传感器制备方法实施例的流程图，如图3所示，一种柔性压电式压力传感器制备方法，包括：
步骤S101：配置前驱体溶液，基于静电纺丝工艺制备锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维。
步骤S102：以柔性基底层为基底，以氧化铟锡为原材料，基于磁控溅射工艺、紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺在所述柔性基底层的一面上制备叉指电极层，得到第一半成品。
步骤S103：将所述锆钛酸铅纳米纤维放置于所述第一半成品的具有叉指电极层的一面上，令所述锆钛酸铅纳米纤维的一面与所述第一半成品的具有叉指电极层的一面接触。
步骤S104：以固化剂和液态聚二甲基硅氧烷为原材料，基于旋涂工艺在所述锆钛酸铅纳米纤维的另一面上制备掩蔽层，得到第二半成品。
步骤S105：连接电极引线和所述第二半成品的叉指电极层中的焊盘，得到所述柔性压电式压力传感器。
在实际应用中，步骤S101具体包括：
称取乙酸铅3.338g，硝酸锆1.786g，钛酸四丁酯1.307g；
将1.786g硝酸锆溶于15mL乙二醇甲醚溶液中，充分搅拌至溶液澄清，得到第一混合液；
使用滴管在所述第一混合液中加入3滴乙酰丙酮，得到第二混合液；
将1.307g钛酸四丁酯加入所述第二混合液中，充分搅拌至溶液澄清，得到第三混合液；
将3.338g乙酸铅溶于3.5mL冰醋酸中，充分搅拌至溶液澄清，得到第四混合液；
将所述第四混合液逐滴加入所述第三混合液中，边滴边搅拌至溶液澄清，得到第五混合液；
将0.8g聚乙烯吡咯烷酮加入搅拌2小时后的第五混合液，得到第六混合液；
对所述第六混合液搅拌12个小时，通过超声波对所述第六混合液作用1小时，得到前驱体溶液。
在实际应用中，步骤S101具体还包括：
设定静电纺丝机的接收板的接收距离为6厘米，所述静电纺丝机的注射器推进速度为0.5毫升/小时，所述静电纺丝机的滚筒的转速为40弧度/秒。
将所述前驱体溶液注入所述静电纺丝机，纺制纳米纤维。
对制备的纳米纤维在60摄氏度下恒温干燥10小时。
对制备的纳米纤维在400摄氏度下热处理0.5小时。
对制备的纳米纤维以5摄氏度/分钟的升温速度自60摄氏度升温至400摄氏度，并在400摄氏度下保温0.5小时。
对制备的纳米纤维以5摄氏度/分钟的升温速度自400摄氏度升温至550摄氏度，并在550摄氏度下保温2小时。
对制备的纳米纤维自然冷却到室温，得到所述锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维。
图4为本发明步骤S101所提供的锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维制备方法制备出的纳米纤维显微镜形貌图。
如图4所示，采用扫描电子显微镜观察退火后的锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维，得到显微镜下的形貌。
在实际应用中，步骤S102具体包括：
擦洗厚度为0.175毫米的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底；
将擦洗后的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底放入酒精蒸汽中干燥；
以固体二氧化硅为靶材，基于磁控溅射工艺在干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底的一面上溅射沉淀一层厚度为10纳米～40纳米的二氧化硅层，得到第三半成品；所述二氧化硅层厚度均匀；
以固体氧化铟锡为靶材，基于磁控溅射工艺在所述第三半成品的二氧化硅层的一面上溅射沉淀一层厚度为0.2微米～2微米的氧化铟锡层，得到第四半成品；
在所述第四半成品的氧化铟锡层的一面上旋涂光刻胶，采用紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺制备叉指电极，得到所述第一半成品。
在实际应用中，步骤S104具体包括：
以体积比为1:10的固化剂和液态聚二甲基硅氧烷制备旋涂液；
将所述旋涂液通过滴管涂抹于所述第一半成品的锆钛酸铅纳米纤维的另一面上，得到第五半成品；
以1000转每分钟的转速对所述第五半成品旋涂处理30秒，得到第六半成品；
对所述第六半成品在60摄氏度下恒温干燥2小时，得到所述第二半成品。
本实施例的柔性压电式压力传感器的制备方法，通过设置静电纺丝机的工艺参数及配置的前驱体溶液制备锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维，获得了形态和平行度好的锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维。
在柔性基底层上制备氧化铟锡叉指电极层，将锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维固定于叉指电极层的矩形叉指表面，连接电极引线及叉指电极层的焊盘，制得柔性压电式压力传感器；通过使用氧化铟锡叉指电极层及锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维，提高了使用该实施例方法制得的柔性压电式压力传感器的灵敏度。
本发明提供的柔性压电式压力传感器的工作原理为：当柔性压电式压力传感器受到外界压力作用时，掩蔽层(即聚二甲基硅氧烷薄膜)会因受到压力而产生形变，进而带动叉指电极层和锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层发生形变，由于锆钛酸铅压电陶瓷材料具有压电效应，因此在锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维的两端会产生正负电荷，当纳米纤维产生的电荷传递到叉指电极层中的叉指电极上时，会在叉指电极中形成电势差，由于叉指电极中形成的电势差的大小与柔性压电式压力传感器所受压力呈线性关系，因此通过测量叉指电极层中叉指电极的电压值就可获得柔性压电式压力传感器所受压力的大小。利用测试系统对制作好的柔性压电式压力传感器进行测试，它的灵敏度约为0.18V/kPa，灵敏度较高适用于动态压力测量敏感的场合。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种柔性压电式压力传感器，其特征在于，包括：
所述柔性压电式压力传感器自下到上依次为柔性基底层、叉指电极层、锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层及掩蔽层；
所述叉指电极层包括矩形叉指、叉指连接线及焊盘；
所述矩形叉指的一端通过所述叉指连接线连接所述焊盘；
所述锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层固定于所述叉指电极层上，所述锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维层覆盖所述矩形叉指。
2.根据权利要求1所述的柔性压电式压力传感器，其特征在于，所述柔性基底层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述柔性基底层的厚度为0.175毫米。
3.根据权利要求1所述的柔性压电式压力传感器，其特征在于，所述叉指电极层的材料为氧化铟锡，所述叉指电极层的厚度为0.2微米～2微米；所述叉指电极层厚度均匀；
所述矩形叉指的叉指宽度为5毫米，相邻的矩形叉指之间的间隙距离为5毫米，所述矩形叉指的对数为5～20对。
4.根据权利要求1所述的柔性压电式压力传感器，其特征在于，所述柔性压电式压力传感器还包括二氧化硅层；
所述二氧化硅层位于所述柔性基底层与所述叉指电极层之间。
5.根据权利要求1所述的柔性压电式压力传感器，其特征在于，所述柔性压电式压力传感器还包括电极引线；
所述电极引线的一端和所述焊盘连接；所述电极引线的另一端自由伸出，用于连接导线。
6.一种柔性压电式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
配置前驱体溶液；
基于静电纺丝工艺制备锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维；
以柔性基底层为基底，以氧化铟锡为原材料，基于磁控溅射工艺、紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺在所述柔性基底层的一面上制备叉指电极层，得到第一半成品；
将所述锆钛酸铅纳米纤维放置于所述第一半成品的具有叉指电极层的一面上，令所述锆钛酸铅纳米纤维的一面与所述第一半成品的具有叉指电极层的一面接触；
以固化剂和液态聚二甲基硅氧烷为原材料，基于旋涂工艺在所述锆钛酸铅纳米纤维的另一面上制备掩蔽层，得到第二半成品；
连接电极引线和所述第二半成品的叉指电极层中的焊盘，得到所述柔性压电式压力传感器。
7.根据权利要求6所述的柔性压电式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述配置前驱体溶液，具体包括：
按离子摩尔比Pb:Zr:Ti＝1.1:0.52:0.48称取乙酸铅、硝酸锆及钛酸四丁酯；按体积比4.6：4.3:1称取聚乙烯吡咯烷酮溶液、乙二醇甲醚和冰醋酸；
将所述硝酸锆溶于所述乙二醇甲醚溶液中，充分搅拌至溶液澄清，得到第一混合液；
使用滴管在所述第一混合液中加入3滴乙酰丙酮，得到第二混合液；
将所述钛酸四丁酯加入所述第二混合液中，充分搅拌至溶液澄清，得到第三混合液；
将所述乙酸铅溶于所述冰醋酸中，充分搅拌至溶液澄清，得到第四混合液；
将所述第四混合液逐滴加入所述第三混合液中，边滴边搅拌至溶液澄清，得到第五混合液；
在搅拌2小时后的第五混合液中加入所述聚乙烯吡咯烷酮，得到第六混合液；在所述第六混合液中，所述乙酸铅、所述硝酸锆和所述钛酸四丁酯的浓度之和为0.4mol/L；
对所述第六混合液搅拌12个小时，通过超声波对所述第六混合液作用1小时，得到所述前驱体溶液。
8.根据权利要求7所述的柔性压电式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述基于静电纺丝工艺制备锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维，具体包括：
设定静电纺丝机的接收板的接收距离为6厘米，所述静电纺丝机的注射器推进速度为0.5毫升/小时，所述静电纺丝机的滚筒的转速为40弧度/秒；
将所述前驱体溶液注入所述静电纺丝机，纺制纳米纤维；
对制备的纳米纤维在60摄氏度下恒温干燥10小时；
对制备的纳米纤维在400摄氏度下热处理0.5小时；
对制备的纳米纤维以5摄氏度/分钟的升温速度自60摄氏度升温至400摄氏度，并在400摄氏度下保温0.5小时；
对制备的纳米纤维以5摄氏度/分钟的升温速度自400摄氏度升温至550摄氏度，并在550摄氏度下保温2小时；
对制备的纳米纤维自然冷却到室温，得到所述锆钛酸铅压电陶瓷纳米纤维。
9.根据权利要求6所述的柔性压电式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述以柔性基底层为基底，以氧化铟锡为原材料，基于磁控溅射工艺、紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺在所述柔性基底层的一面上制备叉指电极层，得到第一半成品，具体包括：
擦洗厚度为0.175毫米的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底；
将擦洗后的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底放入酒精蒸汽中干燥；
以固体二氧化硅为靶材，基于磁控溅射工艺在干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底的一面上溅射沉淀一层厚度为10纳米～40纳米的二氧化硅层，得到第三半成品；所述二氧化硅层厚度均匀；
以固体氧化铟锡为靶材，基于磁控溅射工艺在所述第三半成品的二氧化硅层的一面上溅射沉淀一层厚度为0.2微米～2微米的氧化铟锡层，得到第四半成品；
在所述第四半成品的氧化铟锡层的一面上旋涂光刻胶，采用紫外光刻工艺及湿法腐蚀工艺制备叉指电极，得到所述第一半成品。
10.根据权利要求6所述的柔性压电式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述以固化剂和液态聚二甲基硅氧烷为原材料，基于旋涂工艺在所述锆钛酸铅纳米纤维的另一面上制备掩蔽层，得到第二半成品，具体包括：
以体积比为1:10的固化剂和液态聚二甲基硅氧烷制备旋涂液；
将所述旋涂液通过滴管涂抹于所述第一半成品的锆钛酸铅纳米纤维的另一面上，得到第五半成品；
以1000转每分钟的转速对所述第五半成品旋涂处理30秒，得到第六半成品；
对所述第六半成品在60摄氏度下恒温干燥2小时，得到所述第二半成品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810639272.4A CN108827502A (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 柔性压电式压力传感器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810639272.4A CN108827502A (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 柔性压电式压力传感器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108827502A true CN108827502A (zh) | 2018-11-16 |
Family
ID=64141740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810639272.4A Pending CN108827502A (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 柔性压电式压力传感器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108827502A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109696260A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-30 | 电子科技大学 | 一种新型压力敏感元结构 |
| CN110207867A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-09-06 | 复旦大学 | 一种石墨烯压力传感器及其结构和制备方法 |
| CN113189150A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-30 | 上海工程技术大学 | 一种基于高分子聚合物的柔性湿度传感器及其制备方法 |
| CN113639901A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-12 | 电子科技大学 | 一种压电-摩擦电叠层结构的触觉传感器及其制备方法 |
| CN114636492A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-06-17 | 浙江理工大学 | 一种任意曲面上分布式压力传感方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110209820A1 (en) * | 2007-08-21 | 2011-09-01 | Yong Shi | Piezoelectric composite nanofibers, nanotubes, nanojunctions and nanotrees |
| CN102998872A (zh) * | 2011-09-08 | 2013-03-27 | 华德塑料制品有限公司 | 光电变色器件 |
| CN203719797U (zh) * | 2013-12-24 | 2014-07-16 | 北方工业大学 | 一种压电式压力传感器 |
| CN104734564A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-06-24 | 大连理工大学 | 一种全叉指电极微型压电厚膜振动能量收集器及其制作方法 |
| CN105185898A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-12-23 | 北方工业大学 | 一种柔性透明功能器件及其制备方法 |
| CN107093666A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-08-25 | 湖北大学 | 一种柔性压电发电元件及其制备方法 |
-
2018
- 2018-06-20 CN CN201810639272.4A patent/CN108827502A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110209820A1 (en) * | 2007-08-21 | 2011-09-01 | Yong Shi | Piezoelectric composite nanofibers, nanotubes, nanojunctions and nanotrees |
| CN102998872A (zh) * | 2011-09-08 | 2013-03-27 | 华德塑料制品有限公司 | 光电变色器件 |
| CN203719797U (zh) * | 2013-12-24 | 2014-07-16 | 北方工业大学 | 一种压电式压力传感器 |
| CN104734564A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-06-24 | 大连理工大学 | 一种全叉指电极微型压电厚膜振动能量收集器及其制作方法 |
| CN105185898A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-12-23 | 北方工业大学 | 一种柔性透明功能器件及其制备方法 |
| CN107093666A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-08-25 | 湖北大学 | 一种柔性压电发电元件及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘扬、谭晓兰、刘园园、冯春鹏: "BiFeO3纳米纤维压力传感器的研制", 《微纳电子技术》 * |
| 王娟、贺海晏、高倩、李铭、李翔、韩高荣: "类单晶PZT纳米纤维的静电纺丝制备探索", 《电子显微学报》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109696260A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-30 | 电子科技大学 | 一种新型压力敏感元结构 |
| CN110207867A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-09-06 | 复旦大学 | 一种石墨烯压力传感器及其结构和制备方法 |
| CN110207867B (zh) * | 2019-05-10 | 2021-01-26 | 复旦大学 | 一种石墨烯压力传感器及其结构和制备方法 |
| CN113189150A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-30 | 上海工程技术大学 | 一种基于高分子聚合物的柔性湿度传感器及其制备方法 |
| CN113639901A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-12 | 电子科技大学 | 一种压电-摩擦电叠层结构的触觉传感器及其制备方法 |
| CN114636492A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-06-17 | 浙江理工大学 | 一种任意曲面上分布式压力传感方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108827502A (zh) | 柔性压电式压力传感器及其制备方法 | |
| CN105651429B (zh) | 压电元件及其制造方法、压电传感器 | |
| CN110455445B (zh) | 柔性应力传感器及其制备方法 | |
| CN108251971A (zh) | 一种柔性压电纳米纤维膜及其制备方法和应用 | |
| CN101324539B (zh) | 具有纳米纤维结构的高分子复合电阻型湿敏元件及其制作方法 | |
| CN110726364B (zh) | 一种具有应变隔离效应的柔性应变传感器 | |
| Yang et al. | Lead-free (Na0. 83K0. 17) 0.5 Bi0. 5TiO3 nanofibers for wearable piezoelectric nanogenerators | |
| CN109813467A (zh) | 一种压力传感器及其制备方法和用途 | |
| CN104238787A (zh) | 一种触控式平板显示器 | |
| CN108613757A (zh) | 一种基于生物材料壳聚糖薄膜的柔性电容式触觉传感器及其制备方法 | |
| CN103367629B (zh) | 纳米发电机及其制备方法和纤维阵列制备方法 | |
| Liu et al. | A flexible and lead-free BCZT thin film nanogenerator for biocompatible energy harvesting | |
| TWI680395B (zh) | 感測膜及其製備方法、電子裝置 | |
| CN110132459A (zh) | 一种柔性压电应力传感器的制备方法及其产品 | |
| US20190151898A1 (en) | Ultrasonic transducer, ultrasonic array, ultrasonic module, ultrasonic probe, and ultrasonic apparatus | |
| CN104375305A (zh) | 一种显示基板和显示面板及其驱动方法 | |
| CN108793056A (zh) | 一种柔性可贴附的压力传感器及其制备方法 | |
| Rajala et al. | High bending-mode sensitivity of printed piezoelectric poly (vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) sensors | |
| Yang et al. | Chemical polymerization of conducting polymer poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) onto neural microelectrodes | |
| CN201340404Y (zh) | 一种具有纳米纤维结构的高分子复合电阻型湿敏元件 | |
| CN108117833A (zh) | 二氧化钛/聚合物复合介电疏水材料及制备方法 | |
| CN114323365A (zh) | 静动态三维微裂纹扩展传感器制备方法、传感器及设备 | |
| US8614536B2 (en) | Piezoelectric element, and piezoelectric actuator and vibration wave motor including piezoelectric element | |
| CN115586380B (zh) | 微型电场传感器 | |
| Zheng et al. | Fabrication and analysis of microcapsule electrets with a tunable flexoelectric-like response |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181116 |