【所屬領(lǐng)域】
智能制造，新材料，能源環(huán)保
【技術(shù)背景】
作為信息監(jiān)測的窗口，壓力傳感器在我們生活中的應(yīng)用越來越廣泛。通過壓力傳感器我們可以實(shí)現(xiàn)人體活動(dòng)狀態(tài)和電池內(nèi)部健康狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，以及潮汐洋流的經(jīng)過、水位的漲落等，從而對(duì)危險(xiǎn)情況作出判斷。根據(jù)傳感機(jī)理壓力傳感器可分為摩擦電型、壓電型、電容型及壓阻型四大類，其中電容型和壓阻型傳感器的探測范圍限制于低壓探測，嚴(yán)重制約其在高壓范圍中的應(yīng)用，且需外接電源不適用于長期監(jiān)測。摩擦電型和壓電型傳感器具有自供電功能，但這兩類傳感器不適用于靜壓探測。并且，目前以上四類傳感器均不能直接應(yīng)用于電解液環(huán)境中，器件封裝導(dǎo)致傳感器靈敏度受限是目前的痛點(diǎn)難題之一。
【成果介紹】
本成果研發(fā)的自供電式傳感器基于傳感單元的電化學(xué)雙電層效應(yīng)，將外界壓力轉(zhuǎn)化為電能輸出實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)采集。本成果使用具有特殊構(gòu)型的碳納米材料作為傳感單元，該傳感單元具有耐腐蝕、耐潮濕、耐磨損等特性，實(shí)現(xiàn)無需封裝的壓力探測，可直接應(yīng)用于復(fù)雜的電解液環(huán)境，克服器件封裝導(dǎo)致靈敏度受限的難題。
將本成果應(yīng)用于特殊環(huán)境（包括水下環(huán)境、電解液環(huán)液、酸堿液環(huán)境）中的壓力探測，目前可達(dá)到的性能指標(biāo)包括：（1）寬壓力探測范圍：100mPa-1MPa；（2）寬頻率響應(yīng)范圍：0.02Hz-2000Hz；（3）自供電：低頻(<2Hz)下能量輸出是現(xiàn)役自供電壓力傳感器的400萬倍，無需外接電源即可進(jìn)行工作。
自供電式壓力傳感器與其他傳感器的性能對(duì)比
【應(yīng)用場景】
自供電式壓力傳感器在電池內(nèi)部壓力監(jiān)測方面的應(yīng)用：
在電池的使用過程中，由于各種副反應(yīng)的發(fā)生，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量氣體，長期積累下導(dǎo)致電池鼓脹，發(fā)生爆炸爆燃等情況，影響使用者的安全，本傳感器可直接應(yīng)用于電池內(nèi)部電解液環(huán)境中，對(duì)電池的安全狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而避免爆燃爆炸的發(fā)生。
自供電式壓力傳感器應(yīng)用于電池內(nèi)部壓力監(jiān)測
自供電式壓力傳感器在人體活動(dòng)監(jiān)測方面的應(yīng)用：
人體在鍛煉后呼氣和吸氣的頻率明顯加快，并且呼氣和吸氣急促，在曲線上的表現(xiàn)為，鍛煉后的呼氣和吸氣峰明顯多于鍛煉前的呼氣和吸氣峰，且鍛煉后的呼氣和吸氣峰比較尖銳(鍛煉前呼氣和吸氣峰都相對(duì)平滑)。
自供電式壓力傳感器對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)前后呼吸的信號(hào)響應(yīng)
【市場前景】
本成果研發(fā)的自供電式壓力傳感器已達(dá)到的性能指標(biāo)完全滿足潮汐洋流、人體活動(dòng)和電池內(nèi)部壓力監(jiān)測的使用需求，并在魚群捕撈、高精度機(jī)械加工等多方面具有潛在應(yīng)用。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
該成果申請(qǐng)多項(xiàng)中國發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術(shù)開發(fā)、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)許可、技術(shù)入股、面談
【專家介紹】
徐鳴，工學(xué)博士，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。主要從事碳納米宏觀有序體的制備及應(yīng)用開發(fā)。在Science（2篇）、Nature Catalysis（1篇）、Nature Communications（2篇）等高水平雜志上發(fā)表SCI論文50余篇，授權(quán)專利17項(xiàng)（美國2項(xiàng)，日本1項(xiàng)，中國14項(xiàng)）。發(fā)展了可在-196℃～1000℃溫度范圍穩(wěn)定服役的超級(jí)橡膠，獲2011年第七界“飯島賞”，是該獎(jiǎng)項(xiàng)最年輕的獲得者；所研發(fā)的“自供電式波浪監(jiān)測及海嘯預(yù)警裝置”將水下壓力探測精度提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，獲2019年日內(nèi)瓦國際發(fā)明展最高獎(jiǎng)項(xiàng)-評(píng)審團(tuán)特別嘉許金獎(jiǎng)；受邀請(qǐng)赴國際會(huì)議作報(bào)告10余次；主持國家自然項(xiàng)目3項(xiàng)，地區(qū)項(xiàng)目5項(xiàng)；自主開發(fā)“催化劑活化-碳管生長分離”技術(shù)，攻克宏量制備中因亂流嚴(yán)重、溫度不均而導(dǎo)致的碳管結(jié)構(gòu)不可控等難題，實(shí)現(xiàn)同批次碳管生產(chǎn)力3個(gè)數(shù)量級(jí)的提升，獲批“超純陣列式碳管可控生長及產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)”并任團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人(2017孔雀團(tuán)隊(duì))。
【聯(lián)系方式】
成果編號(hào)：CG22001
