摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，包括：依次層疊設(shè)置的第一摩擦單元，壓電層，第二摩擦單元；壓電層包括中間高分子聚合物層和陣列結(jié)構(gòu)的多個壓電元件；中間高分子聚合物層的至少一部分表面與第一摩擦單元和/或與第二摩擦單元形成摩擦界面；第一摩擦單元包括第一電極層，第二摩擦單元包括第二電極層。本實用新型在摩擦發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)中添加了包含陣列形式的多個小型壓電元件的復(fù)合層，傳感器各層在壓力作用下形變，復(fù)合層與至少一側(cè)的聚合物層或電極層產(chǎn)生摩擦，壓電元件也發(fā)生形變并產(chǎn)生電荷，摩擦電荷和壓電電荷在公共電極產(chǎn)生感應(yīng)電荷，向外輸出電信號，不僅能夠獲取較高的輸出電壓，還能夠獲取較高的輸出電流。
【專利說明】摩擦電和壓電復(fù)合傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種摩擦電和壓電復(fù)合傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，摩擦發(fā)電機(jī)以其簡單的制作工藝及廣泛的應(yīng)用前景受到越來越多的科研工作者的關(guān)注。摩擦發(fā)電機(jī)在受到外力時通過聚合物之間因摩擦而產(chǎn)生的電荷形成電勢差，電勢差與壓力的大小相關(guān)，可應(yīng)用于壓力傳感器領(lǐng)域，通過測量電壓信號得知壓力大小。
[0003]由于摩擦發(fā)電機(jī)的特性，這種摩擦電傳感器能夠達(dá)到較高的輸出電壓，但其較小的輸出電流和輸出功率以及較差的穩(wěn)定性，在很大程度上限制其應(yīng)用。
[0004]壓電傳感器是另一種廣泛應(yīng)用的傳感器，利用壓電材料的特性將壓力轉(zhuǎn)化為電信號。與摩擦傳感器不同，壓電傳感器的輸出電壓較小但具有相對較高的輸出電流，且穩(wěn)定性較好。
[0005]可見，單獨的摩擦電傳感器和壓電傳感器都具有各自的局限性，在對輸出電壓，輸出電流要求較高的應(yīng)用環(huán)境中無法單獨適用。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，通過將摩擦電傳感器和壓電傳感器整合，形成摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，受到外力作用時，不僅能夠產(chǎn)生較高的輸出電壓，還能夠產(chǎn)生較高的輸出電流，具有更廣泛的應(yīng)用。
[0007]本實用新型提供了一種摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，包括:依次層疊設(shè)置的第一摩擦單元，壓電層，第二摩擦單元；
[0008]壓電層包括中間高分子聚合物層和陣列結(jié)構(gòu)的多個壓電元件；
[0009]中間高分子聚合物層的至少一部分表面與第一摩擦單元和/或與第二摩擦單元形成摩擦界面；
[0010]第一摩擦單元包括第一電極層，第二摩擦單元包括第二電極層；
[0011 ] 第一電極層和第二電極層是摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的輸出電極。
[0012]可選地，所述壓電層為單層結(jié)構(gòu)，所述多個壓電元件設(shè)置在所述中間高分子聚合物層內(nèi)部。
[0013]可選地，所述中間高分子聚合物層的材質(zhì)為液態(tài)高分子聚合物，所述壓電層由所述中間高分子聚合物層包覆多個壓電元件固化形成。
[0014]可選地，所述中間高分子聚合物層上具有與所述多個壓電元件相適應(yīng)的多個空腔；
[0015]所述多個壓電元件鑲嵌在所述多個空腔中；
[0016]所述中間高分子聚合物層的空腔以外的表面與所述第一摩擦單元和/或與所述第二摩擦單元形成摩擦界面。
[0017]可選地，所述中間高分子聚合物層和所述多個壓電元件為層疊結(jié)構(gòu)，所述多個壓電元件設(shè)置在所述中間高分子聚合物層朝向所述第一摩擦單元和/或第二摩擦單元的表面上；
[0018]所述中間高分子聚合物層未被所述多個壓電元件覆蓋的部分與所述第一摩擦單元和/或第二摩擦單元形成摩擦界面。
[0019]可選地，所述中間高分子聚合物層至少一部分表面與所述第二電極層和/或第一電極層形成摩擦界面。
[0020]可選地，所述第一摩擦單元還包括第一高分子聚合物層，所述壓電層設(shè)置在所述第一高分子聚合物層上；
[0021]所述第二摩擦單元還包括第二高分子聚合物層，所述第二高分子聚合物層朝向所述壓電層；
[0022]所述中間高分子聚合物層至少一部分表面與所述第二高分子聚合物層形成摩擦界面。
[0023]可選地，所述第一摩擦單元還包括第一高分子聚合物層，所述壓電層設(shè)置在所述第一高分子聚合物層上；
[0024]所述中間高分子聚合物層與所述第二電極層形成摩擦界面。
[0025]可選地，所述多個壓電元件選自壓電薄膜和/或壓電陶瓷；
[0026]所述壓電薄膜選自聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯中的一種或多種；
[0027]所述壓電陶瓷選自鈦酸鋇陶瓷，鋯鈦酸鉛陶瓷中的一種或多種。
[0028]可選地，所述多個壓電元件的橫截面為正方形，長方形，圓形或以上組合。
[0029]可選地，所述中間高分子聚合物層與所述第一摩擦單元和/或與所述第二摩擦單元形成摩擦界面的表面部分上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)。
[0030]根據(jù)本實用新型的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，在摩擦發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)中添加了包含陣列結(jié)構(gòu)的多個小型壓電元件的復(fù)合層，這種結(jié)構(gòu)的傳感器在壓力作用下形變，復(fù)合層與至少一側(cè)的聚合物層或電極層產(chǎn)生摩擦，同時，壓力還能夠傳遞到壓電元件上使其形變并產(chǎn)生電荷，摩擦產(chǎn)生的電荷和壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷在公共的電極上感應(yīng)出電荷，向外輸出電信號。由于繼承了摩擦發(fā)電機(jī)和壓電元件的發(fā)電優(yōu)點，這種結(jié)構(gòu)的傳感器不僅能夠獲取較高的輸出電壓，還能夠獲取較高的輸出電流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1a示出了本實用新型一個實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖1b示出了摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2示出了本實用新型另一個實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3示出了本實用新型另一個實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4a示出了本實用新型另一個實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4b示出了本實用新型的一種四層結(jié)構(gòu)的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4c示出了本實用新型的一種三層結(jié)構(gòu)的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0038]為充分了解本實用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實施方式，對本實用新型做詳細(xì)說明，但本實用新型并不僅僅限于此。
[0039]本實用新型提供了一種摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，該復(fù)合傳感器整合了摩擦發(fā)電機(jī)和壓電元件，具體地，傳感器包括:
[0040]依次層疊設(shè)置的第一摩擦單元，壓電層和第二摩擦單元；其中，壓電層為復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括:中間高分子聚合物層和陣列結(jié)構(gòu)的多個壓電元件。
[0041]其中，中間高分子聚合物層與其兩側(cè)的第一摩擦單元和第二摩擦單元共同形成傳感器的摩擦發(fā)電部分。摩擦發(fā)電部分可參考現(xiàn)有技術(shù)中的摩擦發(fā)電機(jī)，選用三層，四層或五層結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)。
[0042]中間高分子聚合物層和多個壓電元件可以有多種結(jié)合方式，例如，覆蓋、鑲嵌、貝占合等，但應(yīng)使中間高分子聚合物層的至少一部分表面與第一、第二摩擦單元中的至少一個形成摩擦界面，并使壓力或震動能夠有效地傳遞至壓電元件上，使壓電元件通過拉伸、變形、震動而產(chǎn)生電荷，分別通過摩擦發(fā)電和壓電效應(yīng)在兩側(cè)的第一電極層和第二電極層產(chǎn)生電信號。
[0043]下面通過幾個具體的實施例說明本實用新型的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的具體結(jié)構(gòu)和工作過程。
[0044]圖1a示出了本實用新型一個實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1a所示，摩擦電和壓電復(fù)合傳感器包括:依次層疊設(shè)置的第一摩擦單元110，其中第一摩擦單元110進(jìn)一步包括第一電極層1101和第一高分子聚合物層1102 ;壓電層130 ;以及第二摩擦單元120，其中第二摩擦單元120進(jìn)一步包括第二電極層1201和第二高分子聚合物層1202 ;壓電層130包括中間高分子聚合物層1301和設(shè)置在中間高分子聚合物層1301中的多個壓電元件1302，多個壓電元件1302形成陣列結(jié)構(gòu)。
[0045]由于壓電元件1302設(shè)置在中間高分子聚合物層1301中，則中間高分子聚合物層1301的上表面整體地與第二高分子聚合物層1202形成摩擦界面。當(dāng)然，也可以選擇使中間高分子聚合物層同時與兩側(cè)的第一高分子聚合物層、第二高分子聚合物層形成摩擦界面，此處不做限定，本領(lǐng)域可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
[0046]上述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器通過摩擦發(fā)電和壓電效應(yīng)兩種方式在第一電極層1101和第二電極層1201中感應(yīng)出電荷，向外部輸出電壓和電流信號。具體地，圖1a示出的是非工作狀態(tài)下的傳感器各層結(jié)構(gòu)，如圖1a所示，中間高分子聚合物層1301與第二高分子聚合物層1202分離，而多個壓電元件1302設(shè)置在中間高分子聚合物層1301的內(nèi)部。這種復(fù)合傳感器的摩擦發(fā)電的原理與現(xiàn)有的摩擦發(fā)電機(jī)相同，在復(fù)合傳感器受壓力或發(fā)生震動時，各層結(jié)構(gòu)隨之產(chǎn)生形變，中間高分子聚合物層1301與第二高分子聚合物層1202接觸、摩擦，產(chǎn)生異種電荷，在第一電極層1101和第二電極層1201感應(yīng)出電荷，中間高分子聚合物層1301和第二高分子聚合物層1202不斷的接觸，分離，重復(fù)上述過程向外電路產(chǎn)生交流電信號。
[0047]另一方面，在壓力或震動下，中間高分子聚合物層1301形變，則設(shè)置在其中的多個壓電元件1302也會因形變而發(fā)生彎曲、拉伸或震動，從而在壓電元件1302兩側(cè)表面上產(chǎn)生電荷。本實用新型采用陣列結(jié)構(gòu)的壓電元件，這能夠降低壓電元件與中間高分子聚合物層結(jié)合時對中間高分子聚合物層形變能力等機(jī)械特性的影響，從而保證復(fù)合傳感器整體對振動、壓力的敏感性，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)需要將壓電元件1302無規(guī)則的設(shè)置在中間高分子聚合物層1301中，此處不做限定。
[0048]壓電元件可以選擇壓電薄膜、壓電陶瓷或兩者的組合，其中，壓電薄膜可選自聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯中的一種或多種，與壓電陶瓷相比，壓電薄膜厚度較小，密度低，形狀易于加工，并且具有較高的柔性，設(shè)置在中間高分子聚合物層中時，對中間高分子聚合物層本身的機(jī)械特性，形變能力等影響較小。因此，采用壓電薄膜的復(fù)合傳感器的整體厚度也較小，更加輕薄。傳感器受到壓力時，壓電薄膜隨中間高分子聚合物層的形變產(chǎn)生拉伸，彎曲，而在壓電薄膜的兩端產(chǎn)生電荷。壓電陶瓷可選自BaT13(鈦酸鋇陶瓷)，PZT(鋯鈦酸鉛陶瓷)中的一種或多種。
[0049]壓電元件可以通過多種方式設(shè)置在中間高分子聚合物層內(nèi)部。例如，中間高分子聚合物可以是PDMS(聚二甲基硅氧烷)等液態(tài)高分子聚合物，則壓電層由覆蓋多個壓電元件的液態(tài)高分子聚合物固化后形成。具體地，可將液態(tài)PDMS旋涂在已制作有陣列結(jié)構(gòu)的壓電元件的第一高分子聚合物層上，覆蓋壓電元件，然后進(jìn)行固化處理，得到壓電層?；蛘?，制作獨立的PDMS層，例如，在放置有壓電元件的硅片表面旋涂液態(tài)PDMS，固化后取下，與第一高分子聚合物層鍵合。
[0050]第一電極層、第二電極層以及第一高分子聚合物層和第二高分子聚合物層材質(zhì)和制作方式可參照現(xiàn)有的摩擦發(fā)電機(jī)，例如，第一、第二高分子聚合物層可以是PET，PVC等聚合物，第一、第二電極層可以是金屬電極，分別與第一、第二高分子聚合物層貼合，或以蒸發(fā)、濺射方式制作在第一、第二高分子聚合物層表面。當(dāng)然，第一、第二電極層也可以選用ΙΤ0，石墨稀等材質(zhì)。
[0051]為進(jìn)一步提高傳感器中摩擦發(fā)電部分的發(fā)電效率，進(jìn)而提高傳感器的靈敏度，還可以在中間高分子聚合物表面設(shè)置微納結(jié)構(gòu)。
[0052]圖1b示出了上述實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖1b中，多個壓電元件橫截面為圓形。實際中，壓電元件的橫截面的形狀還可以是正方形，長方形或多種不同形狀的組合，此處不做限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
[0053]本實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器整合了摩擦發(fā)電機(jī)和壓電元件，不僅能夠獲取較高的輸出電壓，還能夠獲取較高的輸出電流。
[0054]圖2示出了本實用新型另一個實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，壓電元件2302同樣設(shè)置在中間高分子聚合物層2301中，形成壓電層230。第一摩擦單元210包括第一電極層2101和第一高分子聚合物層2102，第二摩擦單元220包括第二電極層2201和第二高分子聚合物層2202。壓電層230的第一表面設(shè)置在第一高分子聚合物層2102上，另一表面朝向第二高分子聚合物層2202并與第二高分子聚合物層2202分離，壓力作用下相互接觸摩擦。
[0055]該實施例中采用鑲嵌的方式將壓電元件2302設(shè)置在中間高分子聚合物層2301中。具體地，根據(jù)制作的壓電元件2302的形狀、尺寸和預(yù)設(shè)的分布方式，在中間高分子聚合物層2301上預(yù)留出與壓電元件2302位置、大小相適應(yīng)的空腔，然后將多個壓電元件2302鑲嵌在空腔中。
[0056]該實施例中，中間高分子聚合物層2301應(yīng)選用非液態(tài)的聚合物，如PTFE(聚四氟乙稀)薄膜或Kapton (聚酰亞胺)薄膜等。
[0057]在圖2示出的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器中，空腔穿通中間高分子聚合物層2301，并且中間高分子聚合物層2301的厚度與壓電元件2302相同，中間高分子聚合層2302的空腔以外的表面與第二高分子聚合物層2202形成摩擦界面。實際中，也可以在中間高分子聚合物層2301中制作半穿通的空腔，而形成如圖1a所示的結(jié)構(gòu)，這時，中間高分子聚合物層2301的上表面整體地與第二高分子聚合物層2202的上表面形成摩擦界面。
[0058]該實施例中，第一、第二電極層以及第一、第二高分子聚合物層選取可參照上一實施例，此處不再贅述。類似地，壓電元件也可以是壓電薄膜和/或壓電陶瓷。由于本實施例中采用鑲嵌的方式將壓電元件與中間高分子聚合物層整合，尤其適合于使用壓電陶瓷作為壓電元件。
[0059]與上一實施例類似地，還可以在中間高分子聚合物層形成摩擦界面的部分設(shè)置微納結(jié)構(gòu)。
[0060]圖3示出了本實用新型另一個實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在該實施例中，壓電層330中的中間高分子聚合物層3301和多個壓電元件3302為層疊結(jié)構(gòu)。第一摩擦單元310包括第一電極層3101和第一高分子聚合物層3102 ;第二摩擦單元320包括第二電極層3201和第二高分子聚合物層3202。多個壓電元件3302設(shè)置在中間高分子聚合物層3301朝向第二高分子聚合物層3202的表面上，中間高分子聚合物層3301未被多個壓電元件3302覆蓋的部分與第二高分子聚合物層3202形成摩擦界面。層疊結(jié)構(gòu)可通過多種方式形成，例如將壓電元件3302按陣列結(jié)構(gòu)與中間高分子聚合物3301層貼合。
[0061]這種層疊結(jié)構(gòu)的復(fù)合傳感器中，壓電元件支撐第二高分子聚合物層，能夠起到隔離摩擦界面的作用，一方面避免摩擦界面直接接觸而導(dǎo)致的信號錯誤輸出。另一方面，與前述實施例中的復(fù)合傳感器相比，傳感器表面受到按壓時，壓電元件能夠直接受到第二高分子聚合物層傳遞的壓力，更加敏感。
[0062]另外，由于摩擦界面被壓電元件分離，與前述實施例相比，應(yīng)對壓電元件的尺寸、高度和分布作出調(diào)整，使用尺寸、高度較小的壓電元件，以盡可能減小對摩擦界面接觸面積的影響，避免摩擦發(fā)電部分對壓力、震動的靈敏度降低。
[0063]本實施例中，還可以在中間高分子聚合物層未被壓電元件覆蓋的部分設(shè)置微納結(jié)構(gòu)。
[0064]上文中以五層結(jié)構(gòu)(第一、第二電極層，第一、第二高分子聚合物層以及中間高分子聚合物層)的摩擦發(fā)電方式為例，介紹了復(fù)合傳感器的結(jié)構(gòu)和工作過程。圖4a_圖4c中示出了另外幾種具有不同層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合傳感器。
[0065]圖4a中，摩擦電和壓電復(fù)合傳感器結(jié)構(gòu)整體上與圖2對應(yīng)實施例類似，區(qū)別在于，壓電層430a整體上與第一高分子聚合物層4102a和第二高分子聚合物層4202a分離，在兩側(cè)同時形成摩擦界面。
[0066]圖4b中示出了一種四層結(jié)構(gòu)的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器。圖4b中，第一摩擦單元410b包括第一電極層4101a和第一高分子聚合物層4102b，而第二摩擦單元只包括了第二電極層420b，壓電層430b中，中間高分子聚合物層4301b除空腔4302b以外的部分與第二電極層420b形成摩擦界面。
[0067]圖4c中示出了一種三層結(jié)構(gòu)的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，圖4c中，第一摩擦單元僅包括第一電極層410c，第二摩擦單元僅包括第二電極層420c。壓電層430c中，中間高分子聚合物層4301c除空腔4302c以外的部分與第一電極層410c和/或第二電極層420c形成摩擦界面。
[0068]另外，圖4a至圖4c僅以壓電層為層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以將其替換成圖1a或圖3所示的壓電層為單層結(jié)構(gòu)，此處不做限定。
[0069]對圖1a或圖3中所示結(jié)構(gòu)的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器也可以使用三層、四層的摩擦發(fā)電結(jié)構(gòu)，例如，在圖3中，不設(shè)置第二高分子聚合物層3202而使中間高分子聚合物層3301直接與第二電極3201形成摩擦界面等，此處不再一一列舉。
[0070]另外，摩擦發(fā)電機(jī)和壓電元件的輸出都是交流信號，其是通過同一電極輸出電流，為避免出現(xiàn)輸出相互抵消的情況，需要調(diào)整二者輸出一致，即壓電材料的極化方向和摩擦電材料的易帶正負(fù)電性方向一致。這樣可保證在受力時，在同一電極上，由摩擦發(fā)電機(jī)和壓電元件輸出的電荷極性相同，起到增強(qiáng)電信號的作用。
[0071]本實用新型上述實施例提供的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，在摩擦發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)中添加了結(jié)合有陣列形式的多個小型壓電元件的復(fù)合層，這種結(jié)構(gòu)的傳感器在壓力作用下形變，復(fù)合層能夠與至少一側(cè)的聚合物層或電極層產(chǎn)生摩擦，同時，壓力還能夠傳遞到壓電元件上使其拉伸、形變或震動從而產(chǎn)生電荷，摩擦電荷和壓電電荷在公共電極產(chǎn)生感應(yīng)電荷，向外輸出電信號。由于繼承了摩擦發(fā)電機(jī)和壓電元件的發(fā)電優(yōu)點，這種結(jié)構(gòu)的傳感器不僅能夠獲取較高的輸出電壓，還能夠獲取較高的輸出電流。
[0072]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，附圖或?qū)嵤├兴镜难b置結(jié)構(gòu)僅僅是示意性的，表示邏輯結(jié)構(gòu)。其中作為分離部件顯示的模塊可能是或者可能不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可能是或者可能不是物理模塊。
[0073]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對實用新型進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，包括依次層疊設(shè)置的第一摩擦單元，壓電層和第二摩擦單元； 所述壓電層包括中間高分子聚合物層和陣列結(jié)構(gòu)的多個壓電元件； 所述中間高分子聚合物層的至少一部分表面與所述第一摩擦單元和/或與所述第二摩擦單元形成摩擦界面； 所述第一摩擦單元包括第一電極層，所述第二摩擦單元包括第二電極層； 所述第一電極層和所述第二電極層是所述摩擦電和壓電復(fù)合傳感器的輸出電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述壓電層為單層結(jié)構(gòu)，所述多個壓電元件設(shè)置在所述中間高分子聚合物層內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述中間高分子聚合物層的材質(zhì)為液態(tài)高分子聚合物，所述壓電層由所述中間高分子聚合物層包覆多個壓電元件固化形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述中間高分子聚合物層上具有與所述多個壓電元件相適應(yīng)的多個空腔； 所述多個壓電元件鑲嵌在所述多個空腔中； 所述中間高分子聚合物層的空腔以外的表面與所述第一摩擦單元和/或與所述第二摩擦單元形成摩擦界面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述中間高分子聚合物層和所述多個壓電元件為層疊結(jié)構(gòu)，所述多個壓電元件設(shè)置在所述中間高分子聚合物層朝向所述第一摩擦單元和/或第二摩擦單元的表面上； 所述中間高分子聚合物層未被所述多個壓電元件覆蓋的部分與所述第一摩擦單元和/或第二摩擦單元形成摩擦界面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述中間高分子聚合物層至少一部分表面與所述第二電極層和/或第一電極層形成摩擦界面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述第一摩擦單元還包括第一高分子聚合物層，所述壓電層設(shè)置在所述第一高分子聚合物層上； 所述第二摩擦單元還包括第二高分子聚合物層，所述第二高分子聚合物層朝向所述壓電層； 所述中間高分子聚合物層至少一部分表面與所述第二高分子聚合物層形成摩擦界面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述第一摩擦單元還包括第一高分子聚合物層，所述壓電層設(shè)置在所述第一高分子聚合物層上； 所述中間高分子聚合物層與所述第二電極層形成摩擦界面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述多個壓電元件選自壓電薄膜和/或壓電陶瓷； 所述壓電薄膜選自聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯中的一種或多種； 所述壓電陶瓷選自鈦酸鋇陶瓷，鋯鈦酸鉛陶瓷中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述多個壓電元件的橫截面為正方形，長方形，圓形或以上組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電和壓電復(fù)合傳感器，其特征在于，所述中間高分子聚合物層與所述第一摩擦單元和/或與所述第二摩擦單元形成摩擦界面的表面部分上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G01L9/00GK204214576SQ201420669505
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】林同福, 孫利佳, 趙豪, 徐傳毅 申請人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司