摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)手指動(dòng)作傳感器

，

(鄭州大學(xué) 物理工程學(xué)院，鄭州 450001)

引　言

手指是人體中最有特色的器官之一，有著無(wú)可替代的地位。已研發(fā)的適用于手指發(fā)出行為指令的“機(jī)械手套”等雖然可以幫助完成人類無(wú)法完成的操作，但是耗能、笨重的缺陷也日益彰顯。傳統(tǒng)的以蓄電池為電源的傳感器具有一定的局限性，并不能適用于在各種場(chǎng)合感應(yīng)信號(hào)并傳遞信息。因此，尋求更便捷、適用性更廣泛的無(wú)線傳感器是物聯(lián)網(wǎng)、生物傳感[1]等未來科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要問題[2]。

摩擦納米發(fā)電機(jī)[3-4]的出現(xiàn)很好地解決了這個(gè)問題。本文將摩擦納米發(fā)電機(jī)安裝到一個(gè)指環(huán)上，通過手指彎曲的微小動(dòng)作可使該傳感器最大產(chǎn)生1.1 V的電壓，通過電壓比較器的檢測(cè)再用單片機(jī)進(jìn)行處理并通過WiFi模塊無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)家用電器的無(wú)線控制。

1　手指動(dòng)作傳感器裝置結(jié)構(gòu)圖

摩擦納米發(fā)電機(jī)的封裝結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。用多孔聚四氟乙烯薄膜和銅箔作為摩擦層，將雙面導(dǎo)電的銅箔粘在多孔聚四氟乙烯薄膜上作為集電極，并在兩個(gè)摩擦層之間放置0.5 mm的硅橡膠作為間隔層，保證摩擦層之間有足夠的空間進(jìn)行接觸分離。兩端用具有韌性的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯作為基底，最后用聚酰亞胺(Kapton)薄膜將納米發(fā)電機(jī)封裝起來，增強(qiáng)器件的抗干擾能力。其中用雙向拉伸工藝[5]制成的多孔聚四氟乙烯薄膜的電子顯微鏡照片如圖1(b)所示。整個(gè)器件的尺寸為1.0 cm×0.5 cm，實(shí)物圖如圖1(c)所示，整個(gè)裝置組裝完成后佩戴在手指上的效果如圖1(d)所示。……