申请/专利权人：东南大学

申请日：2022-03-31

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN114812375B

主分类号：G01B7/16

分类号：G01B7/16;H10N30/857;H10N30/05

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2022.08.16#实质审查的生效;2022.07.29#公开

摘要：本发明公开了一种PVDF基碳纤维复合压电传感器及其制备方法，其中，复合压电传感器的组成包括正极碳纤维（CFRP）织物层、负极碳纤维织物层、介电层、聚偏氟乙烯（PVDF）压电聚合物层；制备方法包括热融冷却形成以PVDF为基质的碳纤维复合体、交变电场接触极化增强压电特性形成PVDF基碳纤维复合压电体、组装形成传感器。本发明的传感器及及其制备方法融合了碳纤维材料、介电材料及压电材料三者的特性和优势，具有力学性能稳定、灵敏度高、韧性强、抗冲击、耐久性好、制作简便等优点，无需额外安装电极，即可用于平面和复杂曲面应变、变形等动态响应的长期监测。

主权项：1.一种PVDF基碳纤维复合压电传感器的制备方法，所述复合压电传感器包括正极碳纤维织物层、负极碳纤维织物层、介电层以及第一至第四聚偏氟乙烯压电聚合物层，所述正极碳纤维织物层的上、下表面分别设有第一和第二聚偏氟乙烯压电聚合物层，所述负极碳纤维织物层的上、下表面分别设有第三和第四聚偏氟乙烯压电聚合物层，所述介电层设置于第二聚偏氟乙烯压电聚合物层和第三聚偏氟乙烯压电聚合物层之间，第一至第四聚偏氟乙烯压电聚合物层作为基质将正极碳纤维织物层、负极碳纤维织物层以及介电层融为一个整体；所述第一至第四聚偏氟乙烯压电聚合物层的材质均为聚偏氟乙烯薄膜；所述介电层为热熔系数高于聚偏氟乙烯薄膜，且弹性模量和强度与碳纤维相同的绝缘体；所述正极碳纤维织物层和负极碳纤维织物层的面积相同，所述介电层的面积大于所述正极碳纤维织物层的面积；其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤1，根据复合压电传感器的监测面积确定聚偏氟乙烯薄膜的面积，从上到下布置四层面积相同的聚偏氟乙烯薄膜，第一和第二层聚偏氟乙烯薄膜之间布置正极碳纤维织物层，第二和第三层聚偏氟乙烯薄膜之间布置介电层，第三和第四层聚偏氟乙烯薄膜之间布置负极碳纤维织物层，正极碳纤维织物层和负极碳纤维织物层的面积相同，且大于聚偏氟乙烯薄膜的面积，介电层的面积大于正极碳纤维织物层的面积；步骤2，采用热熔冷却方法使得聚偏氟乙烯薄膜形成聚偏氟乙烯压电聚合物层，从而将正极碳纤维织物层、负极碳纤维织物层以及介电层融为一个整体，得到初步的复合压电传感器；步骤3，将步骤2得到的初步的复合压电传感器通过交变电场接触极化，形成强压电特性，得到最终的复合压电传感器；步骤3中，极化过程包括：将正极碳纤维织物层与交流电源的极化上电极相连，将负极碳纤维织物层与交流电源的极化下电极相连，将初步的复合压电传感器置于恒温液槽中的绝缘玻纤板之间，将恒温液槽内充满硅油使得初步的复合压电传感器完全浸入，加热硅油并保持温度为75℃，可控交流电源在两电极上施加幅值为2000V、频率为0.2Hz的交流高压进行极化，极化时间保持20min，之后进行降温，待降到常温后撤去极化电场，即完成极化过程。

全文数据：

权利要求：

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