壓電傳感器的最新技術(shù)突破
1、新型 PVDF/PZT/CNT 壓電傳感器
這種新型壓電傳感器通過(guò)溶液混合、非溶劑誘導(dǎo)相分離和分層熱壓制備,具有片狀包裹結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的局部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。當(dāng) CNT 的含量為 3.0 wt% 時(shí),復(fù)合材料中 β 相晶體的比例和含量分別達(dá)到最高值(91.36 % 和 62.34 %)。
此外,開(kāi)路電壓(Voc)和短路電流(Isc)分別是未摻雜 CNTs 復(fù)合材料的 3.36 倍和 6.16 倍。該傳感器壓力監(jiān)測(cè)范圍寬(0.1 MPa - 2.1 MPa),靈敏度高(小于 0.6 MPa 時(shí)為 6.94 MPa<sup>-1</sup>,大于 0.6 - 2.1 MPa 時(shí)為 12.35 MPa<sup>-1</sup>)。作為車(chē)輛不停車(chē)稱(chēng)重傳感器,響應(yīng)(15 毫秒)和恢復(fù)(16 毫秒)速度極快,長(zhǎng)期穩(wěn)定性可達(dá) 500,000 次循環(huán)。它具有傳感器和能量收集器的雙重功能,在捕捉車(chē)輛運(yùn)動(dòng)能量的同時(shí),還能主動(dòng)監(jiān)測(cè)車(chē)輛軸重、速度和軸距。
2、水下壓電傳感器
MIT 開(kāi)發(fā)的水下壓電傳感器利用 “壓電效應(yīng)” 和 “反向散射” 技術(shù),實(shí)現(xiàn)無(wú)電池零功耗傳輸傳感器數(shù)據(jù)。發(fā)射器在水中將聲波發(fā)送到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的壓電傳感器,當(dāng)聲波傳遞到傳感器時(shí),壓電材料振動(dòng)產(chǎn)生電荷,并存儲(chǔ)在壓電傳感器中。然后,傳感器利用存儲(chǔ)的能量將波反射回接收器。對(duì)應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)中的比特信號(hào),以交替反射的方式進(jìn)行傳輸:對(duì)于反射波,接收器解碼為 1;而沒(méi)有反射波,接收器解碼為 0。該系統(tǒng)能夠在相距 10 米的傳感器和接收器之間,以每秒 3 千字節(jié)的速率同時(shí)傳輸來(lái)自?xún)蓚€(gè)傳感器的精確數(shù)據(jù)。它不僅可以在地球上應(yīng)用,還可用于收集土星最大的衛(wèi)星 —— 土衛(wèi)六上最近發(fā)現(xiàn)的海洋的數(shù)據(jù)。
3、織物基底壓電壓力傳感器
中科院深圳先進(jìn)院新型柔性織物基底壓電壓力傳感器基于 ZnO 納米棒結(jié)構(gòu),采用纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的 ZnO 納米棒和 PVDF 膜來(lái)賦予壓電效應(yīng)。傳感器在 0 - 2.5kPa 壓力范圍內(nèi)的靈敏度為 0.62V/kPa,開(kāi)路電壓高達(dá) 11.47V 左右,具有優(yōu)越的機(jī)械穩(wěn)定性和低檢測(cè)限(8.71pa)。應(yīng)用證明,傳感器可以檢測(cè)多種人體運(yùn)動(dòng),如手腕的彎曲 / 放松運(yùn)動(dòng)和每個(gè)手指的彎曲 / 拉伸運(yùn)動(dòng)。因此,所制備的織物基底壓電傳感器可用于構(gòu)建自供電壓電傳感器,并可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體信息。