一種基于摩擦發(fā)電技術(shù)的傳感裝置及其制備和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于摩擦發(fā)電技術(shù)的傳感裝置及其制備和使用方法，所述傳感裝置利用摩擦發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無需外加電源、隨時(shí)可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)的自驅(qū)動(dòng)工作模式。本發(fā)明的傳感裝置包括兩個(gè)陣列，每個(gè)陣列由若干獨(dú)立的單元構(gòu)成，這些單元通過互相絕緣交叉形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每?jī)蓚€(gè)相鄰的交叉點(diǎn)之間均為一個(gè)獨(dú)立的傳感像素點(diǎn)，每個(gè)傳感單元的電信號(hào)單獨(dú)輸出。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大大提高了傳感裝置的分辨率、減少了電路連接的布線數(shù)量，對(duì)于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用非常有利。
【專利說明】一種基于摩擦發(fā)電技術(shù)的傳感裝置及其制備和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種傳感裝置及其制備和使用方法，特別是一種基于摩擦發(fā)電技術(shù)的 傳感裝置及其制備和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 追蹤傳感器越來越多的應(yīng)用在智能手機(jī)和人體追蹤系統(tǒng)中，然而目前的傳感器都 是基于電容、或光學(xué)效應(yīng)和磁效應(yīng)的。一般說來，這些傳感器的電源都直接或者間接來自于 電池。這對(duì)于一些需要隨時(shí)待命、不定時(shí)進(jìn)行信號(hào)監(jiān)測(cè)的情況造成了很大的斷電隱患；而且 在大范圍應(yīng)用時(shí)在電池電量監(jiān)測(cè)和電池更換等方面需要大量的維護(hù)工作；同時(shí)，傳統(tǒng)電池 和供電系統(tǒng)的體積、質(zhì)量較大，使傳感器在某些領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制；再者，電池中含有的 有毒化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人體存在潛在的危害。因此，開發(fā)出能夠自驅(qū)動(dòng)的傳感技術(shù)具有極 其重要的意義。
[0003] 從2012年開始，基于摩擦靜電效應(yīng)的摩擦發(fā)電機(jī)發(fā)展迅速，并以其高效的輸出、 簡(jiǎn)單的工藝、穩(wěn)定的性能，為機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芴峁┝艘环N極具前景的途徑。一些摩擦發(fā)電 裝置和利用摩擦發(fā)電進(jìn)行傳感的裝置相繼被開發(fā)出來。但是，基于現(xiàn)有摩擦發(fā)電機(jī)所設(shè)計(jì) 的傳感器均存在著分辨率低、定位電路復(fù)雜等缺陷，不利于實(shí)際應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明即針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，設(shè)計(jì)一種新型的基于摩擦發(fā)電技術(shù)的傳感裝 置，使其能夠自驅(qū)動(dòng)的工作，不僅可以實(shí)現(xiàn)很高的分辨率，而且還能大大簡(jiǎn)化檢測(cè)電路，具 有非常廣闊的應(yīng)用前景。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供一種基于摩擦發(fā)電技術(shù)的傳感裝置，包括第一 陣列、第二陣列和一端接地的電信號(hào)輸出端，其中所述第一陣列由n個(gè)相互獨(dú)立的第一單 元組成，所述第一單元包括第一電極單元；所述第二陣列由m個(gè)相互獨(dú)立的第二單元組成， 所述第二單元包括第二電極單元；所述第一陣列與第二陣列通過一定角度的絕緣交叉形成 網(wǎng)狀，所述第一陣列和第二陣列非交叉處的表面構(gòu)成傳感表面；所述電信號(hào)輸出端分別與 n個(gè)所述第一電極單元和m個(gè)所述第二電極單元電性連接，并對(duì)每個(gè)電極單元輸出的信號(hào) 進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)，其中n和m均為自然數(shù)；
[0006] 優(yōu)選地，每個(gè)所述第一單元與一個(gè)第二單元僅交叉一次；
[0007] 優(yōu)選地，每個(gè)所述第一單元與m個(gè)第二單元形成交叉；
[0008] 優(yōu)選地，在所有交叉點(diǎn)處，所述第一單元和第二單元的上下相對(duì)位置相同；
[0009] 優(yōu)選地，所述第一陣列和第二陣列在交叉點(diǎn)處的表面低于非交叉點(diǎn)處的傳感表 面；
[0010] 優(yōu)選地，還包括帶孔的基底，所述第一單元和第二單元的交叉點(diǎn)陷于所述基底的 孔內(nèi)；
[0011] 優(yōu)選地，在非交叉點(diǎn)處，所述第一陣列和第二陣列的表面位于同一個(gè)平面內(nèi)；
[0012] 優(yōu)選地，在所述第一單元和第二單元的延伸方向上，任意兩個(gè)相鄰的交叉點(diǎn)處，第 一單元和第二單元的上下相對(duì)位置相反；
[0013] 優(yōu)選地，所有所述第一單元互相平行，和/或，所有所述第二單元互相平行；
[0014] 優(yōu)選地，所有所述第一單元等距排列，和/或，所有所述第二單元等距排列；
[0015] 優(yōu)選地，所有所述第一電極單元的形狀和尺寸均相同，和/或，所有所述第二電極 單元的形狀和尺寸均相同；
[0016] 優(yōu)選地，所述第一電極單元與所述第二電極單元的形狀和尺寸均相同；
[0017] 優(yōu)選地，所述第一電極單元的寬度與相鄰兩個(gè)第一電極單元的間距相同；
[0018] 優(yōu)選地，所述一定角度為直角；
[0019] 優(yōu)選地，在交叉點(diǎn)處，所述第一單元與第二單元通過空隙隔開，或通過絕緣層隔 開；
[0020] 優(yōu)選地，所述第一單元僅由第一電極單元組成，和/或，所述第二單元僅由第二電 極單元組成；
[0021] 優(yōu)選地，還包括隔離層，貼合在所述第一陣列和第二陣列的表面之上；
[0022] 優(yōu)選地，所述隔離層為絕緣材料；
[0023] 優(yōu)選地，所述第一電極單元的外表面，和/或，所述第二電極單元的外表面貼合有 非導(dǎo)電的摩擦層；
[0024] 優(yōu)選地，所述摩擦層為有機(jī)聚合物材料；
[0025] 優(yōu)選地，所述第一單元和第二單元的材料組成、形狀和/或尺寸一致。
[0026] 本發(fā)明還提供一種上述傳感裝置制造方法，包括以下步驟：
[0027] (1)提供基底，所述基底上分布有若干個(gè)孔；
[0028] (2)在所述基底上絕緣鋪設(shè)包含有n個(gè)相互獨(dú)立的第一單元的第一陣列，使得每 個(gè)第一單元至少經(jīng)過一個(gè)所述孔；
[0029] (3)將第一單元經(jīng)過所述孔的部分陷入孔內(nèi)形成凹陷；
[0030] (4)在所述基底上絕緣鋪設(shè)包含有m個(gè)相互獨(dú)立的第二單元的第二陣列，使得每 個(gè)第二單元至少與一個(gè)第一單元在所述孔處交叉形成網(wǎng)狀；
[0031] (5)將第二單元經(jīng)過交叉點(diǎn)處的部分陷入孔內(nèi)形成凹陷，并且在凹陷處第一單元 與第二單元之間保持絕緣；
[0032] (6)提供若干個(gè)一端接地的電信號(hào)輸出端，分別與n個(gè)第一電極單兀和m個(gè)第二電 極單元電性連接，并單獨(dú)監(jiān)測(cè)每個(gè)電極單元的輸出信號(hào)；
[0033] 優(yōu)選地，所述基底上的每個(gè)孔均成為所述第一單元和第二單元的交叉點(diǎn)；
[0034] 優(yōu)選地，所述孔的數(shù)量大于等于nXm個(gè)；
[0035] 優(yōu)選地，所述孔呈規(guī)則的行列式陣列分布；
[0036] 優(yōu)選地，還包括步驟（7)除去所述基底；
[0037] 優(yōu)選地，所述步驟（5)中的相互絕緣通過在兩個(gè)單元之間形成空隙實(shí)現(xiàn)。
[0038] 優(yōu)選地，所述步驟（3)后還包括步驟（3-1)在每個(gè)所述孔內(nèi)的第一單元上鋪設(shè)一 層絕緣層。
[0039] 本發(fā)明還提供一種上述傳感裝置制造方法，包括以下步驟：
[0040] (1)提供n+m根內(nèi)部為導(dǎo)體、外部包覆有絕緣材料的線，和若干個(gè)一端接地的電信 號(hào)輸出端；
[0041] (2)將n根所述線作為經(jīng)線，m根所述線作為緯線，所述經(jīng)線和緯線相互交叉形成 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一根經(jīng)線即為一個(gè)第一單元，每一根緯線即為一個(gè)第二單元；
[0042] (3)將n根經(jīng)線和m根緯線分別通過內(nèi)部的導(dǎo)體與所述電信號(hào)輸出端電性連接，以 對(duì)每個(gè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)；
[0043]優(yōu)選地，通過編織的方法使所述經(jīng)線和緯線交叉形成網(wǎng)狀；
[0044]優(yōu)選地，所述第一單元和第二單元的延伸方向上，任意兩個(gè)相鄰交叉點(diǎn)處，第一單 元和第二單元的上下相對(duì)位置均相反；
[0045]優(yōu)選地，還包括步驟（4)將第一單元和第二單元表面非交叉點(diǎn)處的絕緣材料除 去，使得所述傳感表面由第一電極單元和第二電極單元的材料構(gòu)成；
[0046] 優(yōu)選地，所述步驟（4)中通過機(jī)械拋光技術(shù)將所述絕緣材料除去。
[0047]本發(fā)明還提供一種上述傳感裝置的使用方法，包括用所述傳感裝置檢測(cè)單個(gè)運(yùn)動(dòng) 物體的速度、加速度和運(yùn)動(dòng)軌跡，所述單個(gè)運(yùn)動(dòng)物體在所述傳感裝置的傳感表面進(jìn)行滑動(dòng)， 記錄每個(gè)單元所輸出的電信號(hào)隨時(shí)間的變化；
[0048]優(yōu)選地，所述第一陣列和第二陣列通過正交形成網(wǎng)狀。
[0049]本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電技術(shù)的傳感裝置最突出的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、輸出信號(hào) 布線簡(jiǎn)單。通過兩個(gè)陣列交叉形成網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)，并且在交叉點(diǎn)處進(jìn)行絕緣處理，使得每?jī)蓚€(gè) 交叉點(diǎn)之間的一小塊表面都形成一個(gè)傳感像素點(diǎn)，克服了小尺寸摩擦發(fā)電機(jī)難以制備的工 藝限制，大大提高了整個(gè)傳感裝置的分辨率，本發(fā)明可以做到每平方厘米的面積上形成上 千個(gè)像素點(diǎn)。同時(shí)，僅對(duì)陣列中的每個(gè)單元而不是為每個(gè)像素點(diǎn)的電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使電 信號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量從nXm個(gè)減少到n+m個(gè)，大大減少了輸出信號(hào)的布線量。在此基礎(chǔ)上， 巧妙的利用了兩個(gè)陣列在同一時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生電信號(hào)的交叉，實(shí)現(xiàn)了在二維平面內(nèi)的物體定 位；如果再加上時(shí)間的維度，還可以對(duì)物體的移動(dòng)過程進(jìn)行追蹤。
[0050] 另外，本發(fā)明的傳感裝置無需外部供電，只要運(yùn)動(dòng)物體與傳感表面接觸，就會(huì)有電 信號(hào)自動(dòng)向外輸出，為自驅(qū)動(dòng)傳感。對(duì)于大范圍、隨機(jī)目標(biāo)的追蹤和監(jiān)測(cè)具有特別明顯的優(yōu) 勢(shì)。
[0051]本發(fā)明的傳感器價(jià)格低廉、制造工藝簡(jiǎn)單，非常適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0052]通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中 相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于 顯示出本發(fā)明的主旨。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但參數(shù)無需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實(shí)施例 中提到的方向用語，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此， 使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
[0053] 圖1是本發(fā)明基于摩擦發(fā)電技術(shù)的傳感裝置的一種典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 圖2是本發(fā)明傳感裝置的電信號(hào)輸出原理示意圖；
[0055] 圖3(a)-(b)是本發(fā)明傳感裝置的第一單元和第二單元的兩種典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖4是本發(fā)明傳感裝置的另一種典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057] 圖5(a)_(b)是本發(fā)明傳感裝置的兩種典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058] 圖6(a)_(d)是本發(fā)明傳感裝置的一種典型制備方法示意圖；
[0059] 圖7是本發(fā)明傳感裝置監(jiān)測(cè)物體運(yùn)動(dòng)的方向分解示意圖；
[0060] 圖8(a)-(d)是本發(fā)明傳感裝置監(jiān)測(cè)物體運(yùn)動(dòng)的工作原理示意圖；
[0061]圖9(a)_(c)是實(shí)施例1傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖和電信號(hào)輸出譜圖；
[0062] 圖10 (a)-(c)是實(shí)施例1傳感裝置對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的追蹤信號(hào)圖；以及
[0063] 圖11 (a)-(c)是實(shí)施例2傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖和電信號(hào)輸出譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí) 施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0065] 其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，所 述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0066] 圖1為本發(fā)明基于摩擦發(fā)電技術(shù)的傳感裝置的一種典型結(jié)構(gòu)，包括第一陣列、第 二陣列和一端接地的電信號(hào)輸出端30,其中第一陣列由若干個(gè)相互獨(dú)立的第一單元10組 成，第一單元10包括第一電極單元101 (圖中未標(biāo)出）；第二陣列由若干個(gè)相互獨(dú)立的第二 單元20組成，第二單元20包括第二電極單元201 (圖中未標(biāo)出）；第一陣列與第二陣列通 過一定角度的絕緣交叉形成網(wǎng)狀，第一陣列和第二陣列非交叉處的表面（即為圖中的陰影 部分）構(gòu)成傳感表面，任意兩個(gè)相鄰交叉點(diǎn)之間的傳感表面構(gòu)成一個(gè)傳感像素點(diǎn)；2個(gè)多通 道電信號(hào)輸出端30分別與每個(gè)第一電極單兀101和每個(gè)第二電極單兀電性連接，對(duì)每個(gè)電 極單元輸出的信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)。
[0067] 以第一電極單元101和第二電極單元201構(gòu)成傳感表面為例來說明本發(fā)明傳感裝 置的工作原理，具體參見圖2,其中Xl、x2和x3代表本發(fā)明傳感裝置上3個(gè)傳感像素點(diǎn)的不 同位置，4、A2和A3為與每個(gè)傳感像素點(diǎn)單獨(dú)相連的電信號(hào)輸出端30。當(dāng)一個(gè)具有非導(dǎo)電 表面的待監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)物體A與本發(fā)明傳感裝置上位于Xl位置的傳感像素點(diǎn)表面相接觸時(shí)，由 于待監(jiān)測(cè)物體A表面材料的摩擦電性質(zhì)與傳感表面材料的摩擦電性質(zhì)不同，會(huì)在二者接觸 的表面形成電性相反的表面電荷；當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體A因繼續(xù)移動(dòng)而離開該傳感像素點(diǎn)時(shí)，構(gòu)成 該傳感像素點(diǎn)的第一電極單元101為保持電中性，將通過與之相連的、一端接地的電信號(hào) 輸出端30來轉(zhuǎn)移電子，從而在該電信號(hào)輸出端能夠檢測(cè)到電流輸出；當(dāng)表面帶有摩擦電荷 的運(yùn)動(dòng)物體A繼續(xù)移動(dòng)并接觸另一個(gè)傳感像素點(diǎn)時(shí)，該像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電極材料為了達(dá)到 電平衡，也將通過與之相連的、一端接地的電信號(hào)輸出端30來轉(zhuǎn)移電子，從而在該電信號(hào) 輸出端也能夠檢測(cè)到電信號(hào)。由此，不用借助外接電源，本發(fā)明的傳感器即可感知運(yùn)動(dòng)物體 的進(jìn)入、移動(dòng)和離開等動(dòng)作。
[0068] 本發(fā)明中涉及的材料摩擦電性質(zhì)是指一種材料在與其他材料發(fā)生摩擦或接觸的 過程中顯示出來的得失電子能力，即兩種不同的材料相接觸或摩擦?xí)r一個(gè)帶正電，一個(gè)帶 負(fù)電，說明這兩種材料的得電子能力不同，亦即二者的摩擦電性質(zhì)不同。例如，聚合物尼龍 與鋁箔接觸的時(shí)候，其表面帶正電，即失電子能力較強(qiáng)，聚合物聚四氟乙烯與鋁箔接觸的時(shí) 候，其表面帶負(fù)電，即得電子能力較強(qiáng)。
[0069] 為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高靈敏度、高分辨率的傳感，本發(fā)明采用了兩個(gè)陣列交叉而成的 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，第一單元10和第二單元20是最為基本的部件，用于提供與運(yùn)動(dòng)物體接觸并輸 出傳感信號(hào)的傳感表面和電極單元。其中，傳感表面用于與待監(jiān)測(cè)的運(yùn)動(dòng)物體直接接觸并 通過摩擦形成表面電荷，其材料選擇與一般摩擦發(fā)電機(jī)的摩擦表面相同，可以選自絕緣材 料、半導(dǎo)體材料和導(dǎo)體材料。其中，絕緣體可選自一些常用的有機(jī)聚合物材料和天然材料， 包括：聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二 醇酯、苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維 素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、聚氨酯彈 性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龍11、聚 酰胺尼龍66、羊毛及其織物、蠶絲及其織物、紙、人造纖維、棉及其織物、木頭、硬橡膠、聚甲 基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性體、聚氨酯柔性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙 二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚 (偏氯乙烯-co-丙烯腈）、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、 液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙 烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、 派瑞林HT或派瑞林AF4。
[0070] 常用的半導(dǎo)體包括硅、鍺；第III和第V族化合物，例如砷化鎵、磷化鎵等；第II和 第VI族化合物，例如硫化鎘、硫化鋅等；以及由III-V族化合物和II-VI族化合物組成的固 溶體，例如鎵鋁砷、鎵砷磷等。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體 等。非導(dǎo)電性氧化物、半導(dǎo)體氧化物和復(fù)雜氧化物也具有摩擦電特性，能夠在摩擦過程形成 表面電荷，因此也可以用來作為本發(fā)明的摩擦層，例如錳、鉻、鐵、銅的氧化物，還包括氧化 娃、氧化猛、氧化鉻、氧化鐵、氧化銅、氧化鋅、Bi02和Y203。
[0071] 常用的導(dǎo)體材料包括金屬和導(dǎo)電的非金屬材料等，例如：金屬，包括金、銀、鉬、鋁、 鎳、銅、鈦、鉻或硒；由選自金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、鉻和硒中的一種或多種所形成的合金； 導(dǎo)電氧化物，例如氧化銦錫IT0 ;有機(jī)物導(dǎo)體一般為導(dǎo)電高分子，包括自聚吡咯、聚苯硫醚、 聚酞菁類化合物、聚苯胺和/或聚噻吩。限于篇幅的原因，并不能對(duì)所有可能的材料進(jìn)行窮 舉，此處僅列出一些具體的材料供人們參考，但是顯然這些具體的材料并不能成為本發(fā)明 保護(hù)范圍的限制性因素，因?yàn)樵诎l(fā)明的啟示下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)這些材料所具有的 摩擦電特性很容易選擇其他類似的材料。
[0072] 還可以對(duì)傳感表面進(jìn)行物理或化學(xué)改性，使其上分布有微米或次微米量級(jí)的微結(jié) 構(gòu)陣列，以增加傳感表面與待監(jiān)測(cè)物體之間的接觸面積，從而增大接觸電荷量。具體的改性 方法包括光刻蝕、化學(xué)刻蝕和離子體刻蝕等。也可以通過納米材料的點(diǎn)綴或涂層的方式來 實(shí)現(xiàn)該目的，或者對(duì)傳感表面進(jìn)行化學(xué)改性，進(jìn)一步提高電荷在接觸瞬間的轉(zhuǎn)移量，從而提 高接觸電荷密度和發(fā)電機(jī)的輸出功率。
[0073] 在實(shí)際應(yīng)用中傳感表面的材料選擇主要考慮與待監(jiān)測(cè)物體的材質(zhì)配合，應(yīng)使相互 接觸的兩個(gè)表面的摩擦電性質(zhì)差別盡量大，例如，待監(jiān)測(cè)物體的接觸表面為導(dǎo)體材料，那么 傳感表面選擇絕緣材料或半導(dǎo)體材料會(huì)獲得更好的輸出性能；如果待監(jiān)測(cè)物體的接觸表面 為絕緣材料，那么傳感表面則可以考慮摩擦電性質(zhì)差別較大的絕緣材料、半導(dǎo)體材料或?qū)?體材料，使得二者在發(fā)生摩擦的過程中容易產(chǎn)生表面接觸電荷。
[0074] 傳感表面產(chǎn)生的摩擦電荷需要通過電極單元才能實(shí)現(xiàn)向外輸出，因此電極單元是 每個(gè)單元中的必須部件。一般的導(dǎo)電材料均可用于制備電極單元，包括金屬和導(dǎo)電的非金 屬材料等，例如：金屬，包括金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、鉻或硒；由選自金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、 鈦、鉻和硒中的一種或多種所形成的合金；導(dǎo)電氧化物，例如氧化銦錫IT0 ;有機(jī)物導(dǎo)體一 般為導(dǎo)電高分子，包括聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁類化合物、聚苯胺和/或聚噻吩。
[0075] 因?yàn)閭鞲斜砻嬉部梢杂蓪?dǎo)電材料構(gòu)成，在這種情況下，電極單元的表面也可同時(shí) 作為傳感表面使用。圖2所示的即為這種情況。如果傳感表面是由絕緣材料或半導(dǎo)體材料 形成，為了保證表面電荷能夠順利輸出，應(yīng)使傳感表面與相應(yīng)的電極單元之間形成緊密貼 合。這種貼合可以有兩種形成方式：一種是在交叉形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之前，例如每個(gè)第一單元和 第二單元均由電極單元和貼合在電極單元的部分或全部表面的摩擦層40所組成，最終傳 感表面由該摩擦層40來提供，具體可參見圖3(a)_(b)。其中圖3(a)為第一電極單元101 的全部表面均貼合有摩擦層40的情況，而圖3(b)為第一電極單元101的上表面貼合有摩 擦層40的情況。第二單元20與第一單元10類似，此處不再贅述。當(dāng)使用如圖3(a)-(b) 所示的兩種單元來交叉形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，由于摩擦層40的存在，使得第一單元10和第二單 元20在交叉處很容易形成絕緣結(jié)構(gòu)。另一種方式是在形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之后，在電極單元的表 面再貼合一層摩擦層40,構(gòu)成傳感表面，具體結(jié)構(gòu)可參見圖4。圖4中第一單元101和第二 單元201先通過絕緣交叉形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，摩擦層40貼合在該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的表面。
[0076] 為了形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，需要若干獨(dú)立的第一單元10和若干獨(dú)立的第二單元20, 一般 可以選擇n個(gè)第一單元10和m個(gè)第二單元20,其中n和m均為自然數(shù)，優(yōu)選n和m均大于 2。每個(gè)單元的組成、形狀和尺寸可以相同也可以不同。常規(guī)情況下，各單元的組成、形狀和 尺寸，特別是電極單元的組成、形狀和尺寸都是一樣的，這樣待監(jiān)測(cè)物體進(jìn)入每個(gè)位置時(shí)所 輸出的電信號(hào)是一致的。有時(shí)為了滿足個(gè)別位置的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)需要，可以將該位置的第一單 元和第二單元設(shè)置成不同的材料或尺寸，使得待監(jiān)測(cè)物體經(jīng)過該位置時(shí)會(huì)發(fā)出與其他位置 不同的信號(hào)，以便識(shí)別。
[0077] 各第一單元10和/或第二單元20之間的相對(duì)位置可以根據(jù)需要隨意設(shè)置，一般 而言可以設(shè)置成平行的，而且相鄰兩個(gè)單元之間的間距也可以設(shè)置成相等的，即為等距排 列。為了提高效率，還可以將相鄰兩個(gè)單元之間的間距設(shè)置成與單元寬度相等。其中所述 "單元寬度"為該單元投影在傳感表面上的、與延伸方向相垂直的寬度。
[0078] 本發(fā)明的傳感裝置為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通過第一單元10和第二單元20的絕 緣交叉而形成。在交叉點(diǎn)處第一單元10和第二單元20之間的相對(duì)位置一般不做限定，但 是為了加工方便，可以優(yōu)選兩種結(jié)構(gòu)（參見圖5):-種是在所有交叉點(diǎn)處第一單元10和第 二單元20的上下相對(duì)位置相同，參見圖5 (a)，例如都是第一單元10在上，或者都是第一單 元10在下，這種結(jié)構(gòu)尤其適合于第一陣列和第二陣列分開鋪設(shè)的情況，而且為了形成相互 分隔的傳感像素點(diǎn)，優(yōu)選第一陣列和第二陣列在交叉點(diǎn)處的表面不高于交叉點(diǎn)處的傳感表 面，更優(yōu)選低于傳感表面，這樣相鄰兩個(gè)傳感像素點(diǎn)就被交叉點(diǎn)分隔開了。為了形成交叉點(diǎn) 處表面較低的結(jié)構(gòu)，可以使用帶孔的基底作為輔助，具體可參見圖6(a)_(d)所示的步驟： 首先提供一個(gè)帶孔60的基底50,在其上鋪設(shè)第一單元10,并且將經(jīng)過孔60處的第一單元 10下陷至孔60中，形成嵌入式結(jié)構(gòu)，接著在孔內(nèi)第一單元10上鋪設(shè)一絕緣層70,然后再按 照一定的交叉角度鋪設(shè)第二單元20,在經(jīng)過孔60處，第二單元20同樣形成嵌入式結(jié)構(gòu)，使 得第一單元10和第二單元20在孔60處形成表面較低的交叉。為了保證兩個(gè)單元之間的 絕緣，在孔60中，第一單元10和第二單元20之間也可留有一定的空隙作為絕緣層。當(dāng)然 如果第一單元10和/或第二單元20中還包括有不導(dǎo)電的摩擦層40,那么第一單元10和第 二單元20之間的絕緣關(guān)系也可通過該摩擦層40的隔離來實(shí)現(xiàn)，而不必須將二者之間留有 空隙或單獨(dú)鋪設(shè)絕緣層。需要注意的是，雖然圖5中示出的孔60呈方形，但實(shí)際應(yīng)用中孔 60的形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，即方形并不是本發(fā)明對(duì)于孔60的限定。
[0079] 另一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是，參見圖5(b):在第一單元10和第二單元20延伸的方向上，任 意兩個(gè)相鄰的交叉點(diǎn)處，第一單元10和第二單元20的上下相對(duì)位置相反。這種結(jié)構(gòu)更適 合通過編織的方法制作，例如將第一陣列作為經(jīng)線，第二陣列作為緯線，通過經(jīng)緯線交叉互 壓，形成具有上述特點(diǎn)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。雖然這種結(jié)構(gòu)也可以借助帶孔基板50來完成，但是更 適于直接編織。可以將第一單元10和第二單元20都制成中間是電極單元的細(xì)線來進(jìn)行編 織，同時(shí)為了在兩個(gè)單元的交叉處形成絕緣，可以在細(xì)線的外表面形成一層不導(dǎo)電的摩擦 層40或絕緣隔離層進(jìn)行隔離，編織完成后再將非交叉點(diǎn)處的隔離層去掉即可。這樣得到的 傳感裝置具有易于加工、分辨率特別高的優(yōu)勢(shì)。
[0080] 本發(fā)明的傳感裝置優(yōu)選每個(gè)第一單元10與一個(gè)第二單元20僅能夠交叉一次，這 樣確保通過兩個(gè)單元的信號(hào)交叉分析僅能夠確定一個(gè)交點(diǎn)。更優(yōu)選每個(gè)第一單元10每個(gè) 第二單元20均交叉一次，以便提高傳感器的定位效率。兩個(gè)單元的交叉角度并沒有特殊限 定，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，常用的可以設(shè)置成垂直交叉，即交叉角度為直角，這樣方 便使用x-y正交坐標(biāo)系對(duì)其上的待監(jiān)測(cè)物體進(jìn)行定位。
[0081] 為了保護(hù)傳感表面，還可以在第一陣列和第二陣列的表面上貼合一層隔離層，該 隔離層最好為絕緣材料，這與之前所述的摩擦層40的設(shè)置方法有些類似，但是摩擦層40的 材料選擇主要從摩擦電特性來考慮，而隔離層的選材則主要考慮保護(hù)性能。包含隔離層的 傳感裝置更適合于具有非導(dǎo)電表面的待監(jiān)測(cè)物體，這種情況下，待監(jiān)測(cè)物體的表面容易通 過與周圍環(huán)境的摩擦直接帶電，而不必須依賴于與傳感表面的接觸實(shí)現(xiàn)表面電荷的累積， 而電流的輸出則是通過與傳感裝置中的電極單元之間的靜電感應(yīng)作用來完成。
[0082] 電信號(hào)輸出端30的一端接地，另一端分別與每個(gè)第一電極單元101和第二電極單 元201電性連接，并對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)該目的，可以使用多個(gè)單通道的 電信號(hào)輸出端30,例如對(duì)于n個(gè)第一單元10和m個(gè)第二單元20形成nXm個(gè)交叉點(diǎn)的情 況，可以使用n+m個(gè)單通道的電信號(hào)輸出端30,每個(gè)單元均有一個(gè)電信號(hào)輸出端進(jìn)行獨(dú)立 監(jiān)測(cè)；也可以使用若干個(gè)多通道電信號(hào)輸出端30,每個(gè)電信號(hào)輸出端同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)單元的 輸出情況。一般而言電信號(hào)輸出端30都具有一定的內(nèi)阻，為了對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)控，也可 以在其內(nèi)部引入外加電阻，電阻的阻值不做具體限定，作為例子10MQ是一種可以的選擇。 電信號(hào)輸出端30的監(jiān)測(cè)信號(hào)可以是電流和/或電壓。還可以包含信號(hào)分析系統(tǒng)，以對(duì)監(jiān)測(cè) 到的電信號(hào)進(jìn)行分析。這些都是本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，在此不做詳細(xì)說明。
[0083] 雖然本發(fā)明的傳感裝置可以采用各種方法制備，但是發(fā)明人還是提出了兩種比較 簡(jiǎn)單、易于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的方法，更適合于本發(fā)明上述傳感裝置的制備。其中一種需要有 基底的配合，更適合在所有交叉點(diǎn)處第一單元10和第二單元20的相對(duì)位置相同的情況，具 體包括以下步驟（可參照?qǐng)D6) :
[0084] (1)提供基底50,該基底50上分布有若干個(gè)孔60 ;
[0085] (2)在基底50上絕緣鋪設(shè)包含有n個(gè)相互獨(dú)立的第一單元10的第一陣列，使得每 個(gè)第一單元10至少經(jīng)過一個(gè)孔60 ;
[0086] (3)將第一單元10經(jīng)過孔60的部分陷入孔內(nèi)形成凹陷；
[0087] (4)在每個(gè)孔內(nèi)的第一單元10上鋪設(shè)一層絕緣層70 ;
[0088] (5)在基底50上絕緣鋪設(shè)包含有m個(gè)相互獨(dú)立的第二單元20的第二陣列，使得每 個(gè)第二單元20至少與一個(gè)第一單元在孔60處交叉形成網(wǎng)狀；
[0089] (6)將第二單元20經(jīng)過交叉點(diǎn)處的部分陷入孔內(nèi)形成凹陷，并且在凹陷處第一單 元10與第二單元20之間通過絕緣層保持絕緣；
[0090] (7)提供若干個(gè)一端接地的電信號(hào)輸出端30,分別與n個(gè)第一電極單兀101和m 個(gè)第二電極單元201電性連接，并單獨(dú)監(jiān)測(cè)每個(gè)電極單元的輸出信號(hào)。
[0091] 步驟（1)中的基底50可以是本領(lǐng)域常規(guī)的各種基底材料，例如有機(jī)玻璃、橡膠板 等，優(yōu)選為絕緣材料，可以是硬質(zhì)的也可以具有一定柔性和彈性。基底50的作用是提供孔 60以使兩個(gè)單元在交叉點(diǎn)處形成下陷式結(jié)構(gòu)。所以孔60的分布可以根據(jù)需要形成的交叉 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置，優(yōu)選孔60在基底50上呈規(guī)則的周期性分布，尤其是行列式陣列分布。 孔60的數(shù)量應(yīng)與所要形成交叉點(diǎn)的數(shù)量匹配，為提高孔60的利用率，優(yōu)選基底50上的每 個(gè)孔都成為第一單元10和第二單元20的交叉點(diǎn)。同時(shí)，考慮到基板還可以具有一定的通 用性，可以使孔60的數(shù)量大于等于所要形成交叉點(diǎn)的數(shù)量，例如對(duì)于n個(gè)第一單元10和m 個(gè)第二單元20的情況，孔60的數(shù)量最好大于等于nXm個(gè)，這樣為交叉點(diǎn)的數(shù)量和位置調(diào) 整留出了一定的空間?？?0只需具有一定的深度即可，不必限定必須為通孔。孔60的尺 寸應(yīng)與第一單元10和第二單元20的尺寸相匹配，以便能夠容得下兩個(gè)單元在其內(nèi)部形成 嵌入式結(jié)構(gòu)。在孔60種，兩個(gè)單元之間的絕緣可以通過絕緣層隔離，也可以通過空氣間隔 實(shí)現(xiàn)。如果設(shè)置絕緣層進(jìn)行隔離，可以在步驟（3)后增加一個(gè)步驟（3-1)，在每個(gè)孔內(nèi)的第 一單元10上鋪設(shè)一層絕緣層70,然后再進(jìn)行步驟（4)即可。
[0092] 有些傳感裝置在使用過程中無需基底50的支撐，本方法還可以包括步驟（6)除去 基底50,即在使用基底50形成上述結(jié)構(gòu)并且將該結(jié)構(gòu)固定之后，就可以移除基底50。
[0093] 本發(fā)明提供的另一種傳感裝置制備方法更適用于在任意兩個(gè)相鄰的交叉點(diǎn)上，第 一單元10和第二單元20均具有相反的上下相對(duì)位置的情況。具體包括如下步驟：
[0094] (1)提供n+m根內(nèi)部為導(dǎo)體、外部包覆有絕緣材料的線，和若干個(gè)一端接地的電信 號(hào)輸出端；
[0095] (2)將n根所述線作為經(jīng)線，m根所述線作為緯線，所述經(jīng)線和緯線相互交叉形成 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一根經(jīng)線即為一個(gè)第一單元，每一根緯線即為一個(gè)第二單元；
[0096] (3)將n根經(jīng)線和m根緯線分別通過內(nèi)部的導(dǎo)體與所述電信號(hào)輸出端電性連接，以 對(duì)每個(gè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)。
[0097] 其中步驟⑵中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的成網(wǎng)方法，優(yōu)選通過編織的 方法使所述經(jīng)線和緯線交叉形成網(wǎng)狀。對(duì)于各種編織結(jié)構(gòu)，本發(fā)明優(yōu)選最終獲得的結(jié)構(gòu)為： 第一單元10和第二單元20的延伸方向上，任意兩個(gè)相鄰交叉點(diǎn)處，第一單元10和第二單 元20的上下相對(duì)位置均相反。
[0098] 對(duì)于需要使用導(dǎo)電的傳感表面的情況，該方法還包括步驟（4)將第一單元10和第 二單元20表面非交叉點(diǎn)處的絕緣材料除去，使得傳感表面由第一電極單元101和第二電極 單元201的材料構(gòu)成。具體的，可通過機(jī)械拋光技術(shù)將所述絕緣材料除去。
[0099] 本發(fā)明的傳感裝置不僅能夠檢測(cè)待監(jiān)測(cè)物體的進(jìn)入，還能夠監(jiān)測(cè)在其表面進(jìn)行滑 動(dòng)的單個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的速度和加速度，并且追蹤其運(yùn)動(dòng)軌跡。其方法主要是對(duì)每個(gè)單元所輸 出的電信號(hào)進(jìn)行記錄并且分析其隨時(shí)間的變化。具體原理如下（參見圖7和圖8):
[0100] 由圖7可知，在二維平面上的運(yùn)動(dòng)均可以分解成x和y兩個(gè)一維方向的運(yùn)動(dòng)，因此 先介紹本發(fā)明傳感裝置對(duì)一維方向運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)原理。以第一陣列的延伸方向?yàn)閤方向、第 二陣列的延伸方向?yàn)閥方向，當(dāng)待監(jiān)測(cè)物體從A點(diǎn)沿直線滑動(dòng)到D點(diǎn)，該軌跡可以分解成x 方向的A-C運(yùn)動(dòng)和y方向的A-B運(yùn)動(dòng)。以x方向?yàn)槔f明一維方向的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)原理。
[0101] 參見圖7,假設(shè)第二陣列由若干寬度為1的第二電極單元201平行等距排列（間距 為d)而成，則每個(gè)第二電極單元201對(duì)應(yīng)一個(gè)固定位置xn，并通過一個(gè)一端接地的電信號(hào) 輸出端30獨(dú)立輸出電信號(hào)。此處以待監(jiān)測(cè)物體在傳感表面滑行的中間過程為例，此時(shí)待監(jiān) 測(cè)物體的表面已經(jīng)通過與傳感表面的接觸而帶有負(fù)電荷。具體的監(jiān)測(cè)過程可以分為兩種情 況：
[0102] 第一種情況，待監(jiān)測(cè)物體A的寬度w等于電極寬度（圖8(a))。當(dāng)待監(jiān)測(cè)物體A從 開始接觸第一個(gè)電極單元Xi到滑至該電極單元中間時(shí)，由于靜電感應(yīng)效應(yīng)，電子將從電極 單元流向大地，形成一個(gè)反向電流脈沖峰；當(dāng)待監(jiān)測(cè)物體A繼續(xù)滑動(dòng)，至剛好滑出Xl電極單 元的邊緣時(shí)，同樣由于靜電感應(yīng)，電子將從大地流向電極,形成正的電流脈沖峰。整個(gè)過程 輸出的電信號(hào)譜圖參見圖8(b)。
[0103] 可以看出，產(chǎn)生一對(duì)相反脈沖信號(hào)的電極單元就是待監(jiān)測(cè)物體A所經(jīng)過的電極單 JLi〇
[0104] 待監(jiān)測(cè)物體A剛接觸Xl電極單元和恰好完全離開的時(shí)間點(diǎn)分別是tn和t22，這將 在電流脈沖峰的起點(diǎn)和終點(diǎn)被記錄。因此待監(jiān)測(cè)物體A經(jīng)過Xl電極單元的平均速度為
[0105]
【權(quán)利要求】
1. 一種基于摩擦發(fā)電技術(shù)的傳感裝置，包括第一陣列、第二陣列和一端接地的電信號(hào) 輸出端，其特征在于所述第一陣列由η個(gè)相互獨(dú)立的第一單元組成，所述第一單元包括第 一電極單元；所述第二陣列由m個(gè)相互獨(dú)立的第二單元組成，所述第二單元包括第二電極 單元；所述第一陣列與第二陣列通過一定角度的絕緣交叉形成網(wǎng)狀，所述第一陣列和第二 陣列非交叉處的表面構(gòu)成傳感表面；所述電信號(hào)輸出端分別與η個(gè)所述第一電極單兀和m 個(gè)所述第二電極單元電性連接，并對(duì)每個(gè)電極單元輸出的信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)，其中η和m均 為自然數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個(gè)所述第一單元與一個(gè)第二單元僅交叉 一次。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，每個(gè)所述第一單元與m個(gè)第二單元形成交 叉。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，在所有交叉點(diǎn)處，所述第一單元和第二單元 的上下相對(duì)位置相同。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一陣列和第二陣列在交叉點(diǎn)處的表 面低于非交叉點(diǎn)處的傳感表面。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括帶孔的基底，所述第一單元和第二單 元的交叉點(diǎn)陷于所述基底的孔內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在非交叉點(diǎn)處，所述第一陣列和第 二陣列的表面位于同一個(gè)平面內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，在所述第一單元和第二單元的延伸方向上， 任意兩個(gè)相鄰的交叉點(diǎn)處，第一單元和第二單元的上下相對(duì)位置相反。
9. 如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所有所述第一單元互相平行，和/ 或，所有所述第二單元互相平行。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所有所述第一單元等距排列，和/或，所有 所述第二單元等距排列。
11. 如權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所有所述第一電極單元的形狀 和尺寸均相同，和/或，所有所述第二電極單元的形狀和尺寸均相同。
12. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一電極單元與所述第二電極單元 的形狀和尺寸均相同。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述第一電極單元的寬度與相鄰兩個(gè)第 一電極單元的間距相同。
14. 如權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述一定角度為直角。
15. 如權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在交叉點(diǎn)處，所述第一單元與第 二單元通過空隙隔開，或通過絕緣層隔開。
16. 如權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第一單元僅由第一電極單 元組成，和/或，所述第二單元僅由第二電極單元組成。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，還包括隔離層，貼合在所述第一陣列和第 二陣列的表面之上。
18. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述隔離層為絕緣材料。
19. 如權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第一電極單元的外表面，和 /或，所述第二電極單元的外表面貼合有非導(dǎo)電的摩擦層。
20. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述摩擦層為有機(jī)聚合物材料。
21. 如權(quán)利要求1-20任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第一單元和第二單元的材 料組成、形狀和/或尺寸一致。
22. -種制作權(quán)利要求1-7、9-21任一項(xiàng)所述傳感裝置的方法，其特征在于包括以下步 驟： 1) 提供基底，所述基底上分布有若干個(gè)孔； 2) 在所述基底上絕緣鋪設(shè)包含有η個(gè)相互獨(dú)立的第一單元的第一陣列，使得每個(gè)第一 單元至少經(jīng)過一個(gè)所述孔； 3) 將第一單元經(jīng)過所述孔的部分陷入孔內(nèi)形成凹陷； 4) 在所述基底上絕緣鋪設(shè)包含有m個(gè)相互獨(dú)立的第二單元的第二陣列，使得每個(gè)第二 單元至少與一個(gè)第一單元在所述孔處交叉形成網(wǎng)狀； 5) 將第二單元經(jīng)過交叉點(diǎn)處的部分陷入孔內(nèi)形成凹陷，并且在凹陷處第一單元與第二 單元之間保持絕緣； 6) 提供若干個(gè)一端接地的電信號(hào)輸出端，分別與η個(gè)第一電極單元和m個(gè)第二電極單 元電性連接，并單獨(dú)監(jiān)測(cè)每個(gè)電極單元的輸出信號(hào)。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述基底上的每個(gè)孔均成為所述第一單 元和第二單元的交叉點(diǎn)。
24. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述孔的數(shù)量大于等于nXm個(gè)。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述孔呈規(guī)則的行列式陣列分布。
26. 如權(quán)利要求22-25任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括步驟（7)除去所述基底。
27. 如權(quán)利要求22-26任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟5)中的相互絕緣通過 在兩個(gè)單元之間形成空隙實(shí)現(xiàn)。
28. 如權(quán)利要求22-26任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟3)后還包括步驟 3-1)在每個(gè)所述孔內(nèi)的第一單元上鋪設(shè)一層絕緣層。
29. -種制作權(quán)利要求1-3、8-21所述傳感裝置的方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 提供n+m根內(nèi)部為導(dǎo)體、外部包覆有絕緣材料的線，和若干個(gè)一端接地的電信號(hào)輸 出端； 2) 將η根所述線作為經(jīng)線，m根所述線作為緯線，所述經(jīng)線和緯線相互交叉形成網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)，每一根經(jīng)線即為一個(gè)第一單元，每一根緯線即為一個(gè)第二單元； 3) 將η根經(jīng)線和m根緯線分別通過內(nèi)部的導(dǎo)體與所述電信號(hào)輸出端電性連接，以對(duì)每 個(gè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，通過編織的方法使所述經(jīng)線和緯線交叉 形成網(wǎng)狀。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述第一單元和第二單元的延伸方向上， 任意兩個(gè)相鄰交叉點(diǎn)處，第一單元和第二單元的上下相對(duì)位置均相反。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，還包括步驟4)將第一單元和第二單元表 面非交叉點(diǎn)處的絕緣材料除去，使得所述傳感表面由第一電極單元和第二電極單元的材料 構(gòu)成。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述步驟4)中通過機(jī)械拋光技術(shù)將所述 絕緣材料除去。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK104236591SQ201410214880
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】韓昌報(bào), 王中林, 李曉慧, 張弛 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心