一种核壳结构的氧化锌纳米膜碳纤维压电材料的方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102315381A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102315381A(43)申请公布日2012.01.11(21)申请号201110006673.4(22)申请日2011.01.13(71)申请人李泽唐地址100084北京市清华大学紫荆学生公寓14号629B申请人王中林(72)发明人王中林李泽唐(51)Int.Cl.H01L41/22(2006.01)H01L41/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种核壳结构的氧化锌纳米膜碳纤维压电材料的方法及其应用(57)摘要本发明涉及一种核壳结构的基于碳纤维表面长出织构型氧化锌纳米线薄膜的方法。制备步骤如下：除去碳纤维或碳纤维织物表面的上浆剂，取氧化锌粉末和活性炭粉末混合，作为氧化锌的生长源，将混合锌粉至于密封管式炉缓慢抽至真空，缓慢通入氩氧混合气后升温加热至850℃，保温10分钟，然后至960℃保温30min后取出冷却；氧化锌膜的压电电压通过碳纤维和氧化锌顶部之间的电极导出，氧化锌膜表面与电极的连接为肖特基连接。本发明的器件可以作为如汽车飞机轮胎的气体压力传感器或气动压力纳米发电机。此外，还可以通过压电电流变化曲线来作为自供电传感器实时连续地监测脉搏振动频率，脉搏振幅等脉象学特征信号，为中医现代人体物联网定量化表征提供支持。CN102358ACCNN110231538102315386A权利要求书1/1页1.一种核壳结构的氧化锌纳米膜碳纤维压电材料的方法及应用，其特征在于：按如下步骤操作，其中制备步骤如下，①在对欲生长氧化锌晶须的碳纤维或碳纤维织物，按照GJB1982-94中附录A规定方法除去碳纤维或碳纤维织物表面的上浆剂，然后取出在50～100℃温度下烘干即可。磨制生长源，取氧化锌粉末和活性炭粉末混合，作为氧化锌的生长源，混合粉经过粗磨和细磨15～60分钟后取出，于50～100℃温度下烘干备用；②将0.5～5克混合锌粉至于一端开口石英管底部，碳纤维放置于石英管内壁。将石英管从管式炉中部向外放置，密封管式炉缓慢抽至真空度小于0.05托，缓慢通入氧气和氩气后，开始缓慢升温加热，升温速率不大于30℃/min，加热至850℃，保温10分钟，然后以1～10℃/min速率加热至960℃，保温30min后冷却至室温取出；应用器件制备包括如下：1)电阻式纳米发电机；一端用稀碱(＜0.01mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液)溶蚀出碳纤维表面导出电极，另一端通过银胶带或者金属导电胶与氧化锌膜表面粘接并导出电极，这样形成一端存有肖特基节的电阻式纳米发电机，气体的压电作用通过氧化锌膜的上下两端导出。2)电容式纳米发电机；柔性绝缘基片两侧固定导电极板，将核壳结构的织构型氧化锌膜碳纤维均匀固定在极板上，当弯曲产生压电电动势时，电容两侧产生感应电荷，进而产生感应交流电信号，这样通过电容的放大作用，能够对更微弱的振动比如脉搏的变化产生感应。3)电感式纳米发电机；类似于电阻式纳米发电机，不同的是将核壳结构氧化锌膜碳纤维弯曲绕城线圈形状，从而使得导电碳纤维本身起到电感线圈削峰填谷的作用。同时，电感式也容易感知更多的柔性振动，能够对呼气气流的振动做出有效的传感。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化锌粉末和活性炭混合粉末，按照质量比1∶1～1∶5的范围配置，氧化锌纯度大于99.9％化学纯，活性炭为100～300目粉末活性炭。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁盐溶液为亚铁盐，包括硫酸亚铁铵，硫酸亚铁，氯化亚铁，草酸亚铁等。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述缓慢通入氧气和氩气或者氧氩混合气，两者气体总速率小于100毫升每分钟，流量比为1∶1～1∶5。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述通入氧气和氩气后，保持炉内真空度为1.0～2.5托之间。6.根据权利要求1所述的器件制备方法，其特征在于：氧化锌膜的压电电压通过碳纤维和氧化锌顶部之间的电极导出，氧化锌膜表面与电极的连接为肖特基连接。7.根据权利要求1所述制备的器件，可以通过压电电流变化曲线来作为自供电传感器实时连续地采集气体压电作用下通过氧化锌膜的上下肖特基两端导出，从而广泛作为如汽车飞机轮胎的气体压力传感器或气动压力纳米发电机。8.根据权利要求1所述制备的器件，可以通过压电电流变化曲线来作为自供电传感器实时连续地监测脉搏振动频率，脉搏振幅等脉象学特征信号，为中医现代化定量化表征提供人体物联网传感支持。2CCNN110231538102315386A说明书1/4页一种核壳结构的氧化锌纳米膜碳纤维压电材料的方法及其应用技术领域[0001]本发明属于碳纤维表面物理合成技术，涉及一种核壳结构的基于碳纤维表面长出织构型氧化锌