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专利号: 2020115846668
申请人: 北京航空航天大学杭州创新研究院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-06-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种偶极子驱动摩擦电传感元件,其特征在于:包括从下至上堆叠的基底材料层、基底保护层、压电电极层、压电材料层、摩擦电极层、摩擦电极架构层;

所述基底材料层为聚合物柔性薄膜,厚度为50μm~180μm;基底保护层材料为PDMS;压电电极层材料为Cu、Ag、Au、Al或Pt;压电材料层为极化后的PVDF柔性压电薄膜;摩擦电极架构层材料为聚酰亚胺或聚四氟乙烯薄膜;摩擦电极层材料为Cu、Ag、Au、Al或Pt,厚度为50nm~200nm;

所述摩擦电极层连接正极导线,压电电极层连接负极导线。

2.一种偶极子驱动摩擦电传感元件制备方法,其特征在于,包括:采用聚合物柔性薄膜为基底材料层,选择旋涂法或流延法在基底上制备基底保护层;

基底厚度选用50μm~180μm;基底保护层材料为PDMS;

选取极化后的PVDF柔性压电薄膜制作压电材料层;

在压电材料层的一面制备压电电极层,电极材料选择Cu、Ag、Au、Al或Pt,压电电极层制备方法采用磁控溅射法、电子束蒸镀法、热蒸发法、刮涂法、流延法、丝网印刷法、喷墨打印法之一;

选取聚酰亚胺或聚四氟乙烯薄膜为摩擦电极架构层材料,制备摩擦电极架构层;

在摩擦电极架构层材料的一面采用热蒸发或电子束蒸发的方式,沉积Au,作为Au掩膜,厚度控制在5nm~12nm;

对摩擦电极架构层材料沉积Au的一面进行针状微结构刻蚀,刻蚀方法选择微波等离子体轰击法或基于CF4气体的电感耦合等离子刻蚀法;

在摩擦电极架构层上制备摩擦电极层,摩擦电极材料选择Cu、Ag、Au、Al或Pt,摩擦电极层制备方法选择采用磁控溅射法、电子束蒸镀法、热蒸发法,摩擦电极层厚度控制在50nm~

200nm;

利用环氧导电胶将压电电极层与外接负极导线、摩擦电电极层与外接正极导线粘接;

将基底层、压电层和摩擦层进行叠层组合,顺序从下到上分别为基底层、压电层和摩擦层;其中,基底层与压电层采用面对面的胶粘工艺;压电层和摩擦层采用四周边对边的胶粘工艺,中间面为不胶粘。

3.根据权利要求2所述的偶极子驱动摩擦电传感元件制备方法,其特征在于,在所述制备基底保护层之前,将基底分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声30分钟以上,对基底进行清洗。

4.根据权利要求2所述的偶极子驱动摩擦电传感元件制备方法,其特征在于,还包括对所述压电材料层的未制备压电电极层的一面进行氧等离子体轰击。

5.根据权利要求2所述的偶极子驱动摩擦电传感元件制备方法,其特征在于,还包括将摩擦电极架构层在丙酮、乙醇和去离子水进行清洗。

6.一种脉搏传感器,其特征在于,包括如权利要求1所述的偶极子驱动摩擦电传感元件、外壳和导线;

所述外壳内部中空,外壳下边缘与所述基地材料层边缘粘连;将基底材料层、基底保护层、压电电极层、压电材料层、摩擦电极层、摩擦电极架构层包含在外壳内;外壳边缘开有小口,正负极导线从小口引出。

7.一种无源脉搏实时监测系统,其特征在于,包括如权利要求1所述的偶极子驱动摩擦电传感元件、外壳、隔板、信号采集与传输电路、能源存储与释放电路、开关;

信号采集和传输电路包含电压信号采集模块、模数转换模块和无线传输模块;电压信号采集模块采集由偶极子驱动摩擦电层输出的压电模拟信号,通过模数转换模块将该压电模拟信号转换为数字信号,并通过无线传输模块通过无线方式传输至外部接收设备;

能源存储与释放电路包含桥式整流模块和能源管理模块;桥式整流模块将偶极子驱动摩擦电传感元件输出的电压信号改变电压方向为正向,能源管理模块包含充放电协调控制器、充电控制器、放电控制器和若干电容;充放电协调控制器控制充电控制器和控制放电控制器不同时连接同一个电容;

所述隔板固定设置在外壳内侧壁上,信号采集与传输电路、能源存储与释放电路固定在隔板上;偶极子驱动摩擦电传感元件的正负极导线分别连接信号采集与传输电路的电压信号采集模块;偶极子驱动摩擦电传感元件的正负极导线分别连接能源存储与释放电路的整流器;开关与信号采集与传输电路、能源存储与释放电路连接,并伸出外壳外。