本發(fā)明涉及傳感器，尤其涉及一種多模態(tài)敏感元件及其制備方法和應(yīng)用以及多模態(tài)傳感器。
背景技術(shù)：
1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰電池已經(jīng)成為了主流。鋰電池具有能量密度高、重量輕和循環(huán)使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，在電子產(chǎn)品、交通運(yùn)輸和醫(yī)療器械等多領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用。但是鋰電池在使用過(guò)程中往往面臨著多種失效的可能，例如內(nèi)部短路、過(guò)充電、過(guò)放電和熱失控等等，會(huì)嚴(yán)重影響鋰電池的性能和使用，故需要對(duì)鋰電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
2、這些失效現(xiàn)象通常伴隨著溫度、應(yīng)變和氣體產(chǎn)生的變化，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)儀器通常是對(duì)單一參量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是單一的參量并不能準(zhǔn)確反應(yīng)電池的運(yùn)行狀態(tài)。因此需要將具有不同監(jiān)測(cè)作用傳感器進(jìn)行組合對(duì)鋰電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是在鋰電池上負(fù)載過(guò)多的單一功能傳感器，一是體積較大，二是布線復(fù)雜，最重要的是現(xiàn)有技術(shù)中的功能傳感器的電信號(hào)均為電壓信號(hào)，將多個(gè)單一功能傳感器同時(shí)負(fù)載所產(chǎn)生的電壓信號(hào)之間存在耦合，具有串?dāng)_嚴(yán)重且解耦困難的問(wèn)題，嚴(yán)重影響測(cè)量精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種多模態(tài)敏感元件及其制備方法和應(yīng)用和多模態(tài)傳感器，本發(fā)明提供的多模態(tài)敏感元件能同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、氣體和機(jī)械力的變化，多信號(hào)間低串?dāng)_，并且有效降低了其組成的多模態(tài)傳感器的體積并使多模態(tài)傳感器的布線簡(jiǎn)單。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明提供了一種多模態(tài)敏感元件，包括柔性基底以及設(shè)置于所述柔性基底表面的溫度感受器、氣體感受器和機(jī)械力感受器；
4、所述溫度感受器包括第一線型銅電極和線型鎳電極，所述第一線型銅電極的一端與所述線型鎳電極的一端接觸設(shè)置；
5、所述氣體感受器包括第一梳狀銅電極和涂覆于所述第一梳狀銅電極梳狀面上的鈀/釔合金-納米氧化鎢層；
6、所述機(jī)械力感受器包括第二梳狀銅電極和設(shè)置于所述第二梳狀銅電極梳狀面上機(jī)械力敏感層，所述機(jī)械力敏感層的材質(zhì)包括聚二甲基硅氧烷和分散于所述聚二甲基硅氧烷中的納米碳酸鋇和納米氮化鋁。
7、優(yōu)選的，所述鈀/釔合金-納米氧化鎢層中的鈀釔合金和納米氧化鎢的質(zhì)量比為(1～3):(7～9)；所述鈀釔合金中鈀和釔的質(zhì)量比為(1～5):(5～9)。
8、優(yōu)選的，所述機(jī)械力敏感層中的聚二甲基硅氧烷、納米碳酸鋇和納米氮化鋁的質(zhì)量比為7:(0.5～1.5):(1.5～2.5)。
9、優(yōu)選的，所述機(jī)械力敏感層的厚度為0.2～1.5mm。
10、優(yōu)選的，所述氣體感受器還包括與所述第一梳狀銅電極的兩端電連接的第二線型銅電極和第三線型銅電極。
11、優(yōu)選的，所述機(jī)械力感受器還包括與所述第二梳狀銅電極的兩端電連接的第四線型銅電極和第五線型銅電極。
12、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述多模態(tài)敏感元件的制備方法，包括：
13、采用激光直寫(xiě)技術(shù)分別在柔性基底表面制備銅導(dǎo)電層和鎳導(dǎo)電層；所述銅導(dǎo)電層包括第一線型銅電極、第二線型銅電極、第三線型銅電極、第四線型銅電極、第五線型銅電極、第一梳狀銅電極和第二梳狀銅電極；所述鎳導(dǎo)電層包括線型鎳電極；
14、采用涂覆法在所述第一梳狀銅電極的梳狀面上制備鈀/釔-納米氧化鎢合金層；
15、在所述第二梳狀銅電極的梳狀面上澆筑機(jī)械力敏感層膠體溶液后固化，得到機(jī)械力敏感層。
16、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述多模態(tài)敏感元件或上述技術(shù)方案所述制備方法制備的多模態(tài)敏感元件在鋰電池監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。
17、本發(fā)明還公開(kāi)了一種多模態(tài)傳感器，包括上述技術(shù)方案所述多模態(tài)敏感元件或上述技術(shù)方案所述制備方法制備的多模態(tài)敏感元件，以及與所述多模態(tài)敏感元件電連接的轉(zhuǎn)化元件。
18、優(yōu)選的，所述多模態(tài)敏感元件和轉(zhuǎn)化元件通過(guò)fpc連接器連接。
19、本發(fā)明提供了一種多模態(tài)敏感元件，包括柔性基底以及設(shè)置于所述柔性基底表面的溫度感受器、氣體感受器和機(jī)械力感受器；所述溫度感受器包括第一線型銅電極和線型鎳電極，所述第一線型銅電極的一端與所述線型鎳電極的一端接觸設(shè)置；所述氣體感受器包括第一梳狀銅電極和涂覆于所述第一梳狀銅電極梳狀面上的鈀/釔合金-納米氧化鎢層；所述機(jī)械力感受器包括第二梳狀銅電極和設(shè)置于所述第二梳狀銅電極梳狀面上機(jī)械力敏感層，所述機(jī)械力敏感層的材質(zhì)包括聚二甲基硅氧烷和分散于所述聚二甲基硅氧烷中的納米碳酸鋇和納米氮化鋁。本發(fā)明提供的多模態(tài)敏感元件利用鈀/釔-納米氧化鎢合金層作為氣體感受器，其中氧化鎢導(dǎo)帶的自由電子會(huì)被空氣中的氧分子捕獲得到氧離子，形成耗盡層使電阻增加，合金層中的鈀和釔會(huì)一步催化氧分子的解離并形成更深的耗盡層，進(jìn)一步增大電阻；而當(dāng)敏感元件周?chē)嬖跉錃庖饸怏w變化后，氫氣會(huì)與耗盡層中的氧原子反應(yīng)促使耗盡層的消耗，有效降低電阻，同時(shí)鈀和釔也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)氫氣的解離，促使其與氧原子的反應(yīng)，加入電阻的降低，從而以鈀/釔-納米氧化鎢合金層作為氣體感受器輸出電阻信號(hào)；機(jī)械力感受器中的聚二甲基硅氧烷具有良好的柔韌性和彈性，其可以與叉指電極緊密結(jié)合，受到外力時(shí)會(huì)導(dǎo)致叉指電極的叉指間距變化和介電常數(shù)變化，納米碳酸鋇的加入可有效提高機(jī)械力感受器的敏感度，使叉指電極的叉指間距出現(xiàn)更為明顯的變化，根據(jù)電容公式可知電極間距的變化會(huì)導(dǎo)致電容變化，從而利用機(jī)械力感受器輸出電容信號(hào)，同時(shí)在外力作用下，機(jī)械力感受層中的聚二甲基硅氧烷、納米碳酸鋇和納米氮化鋁間的相互作用力增強(qiáng)，降低材料的極化程度，利用納米碳酸鋇的高介電常數(shù)性能，導(dǎo)致介電常數(shù)的變化，從而進(jìn)一步加強(qiáng)電容信號(hào)；而且納米氮化鋁的引入中和了納米碳酸鋇在溫度變化下引起的介電常數(shù)變化，降低了溫度敏感性；溫度感受器是由兩種不同的電極組成的，在相同溫度下會(huì)產(chǎn)生不同的電子能量分布和電子遷移率，從而形成電荷的累計(jì)，產(chǎn)生電勢(shì)差，基于塞貝克效應(yīng)輸出電壓信號(hào)；利用三種不同的信號(hào)表示不同的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體、機(jī)械力和溫度變化的同時(shí)監(jiān)測(cè)，而且三種變化所表現(xiàn)的信號(hào)不同，有效降低了信號(hào)間的串?dāng)_；并且由于該多模態(tài)敏感元件實(shí)現(xiàn)了多種變化的同時(shí)監(jiān)測(cè)，避免了多個(gè)傳感器的使用，減小了鋰電池中傳感器的面積并大幅降低了布線復(fù)雜性。實(shí)施例的結(jié)果表明，本發(fā)明提供的多模態(tài)敏感元件布線簡(jiǎn)單且能同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、氣體和機(jī)械力的變化，多信號(hào)間低串?dāng)_，且有效減小多模態(tài)敏感元件和傳感器體積。
1.一種多模態(tài)敏感元件，其特征在于，包括柔性基底以及設(shè)置于所述柔性基底表面的溫度感受器、氣體感受器和機(jī)械力感受器；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模態(tài)敏感元件，其特征在于，所述鈀/釔合金-納米氧化鎢層中的鈀釔合金和納米氧化鎢的質(zhì)量比為(1～3):(7～9)；所述鈀釔合金中鈀和釔的質(zhì)量比為(1～5):(5～9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模態(tài)敏感元件，其特征在于，所述機(jī)械力敏感層中的聚二甲基硅氧烷、納米碳酸鋇和納米氮化鋁的質(zhì)量比為7:(0.5～1.5):(1.5～2.5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的多模態(tài)敏感元件，其特征在于，所述機(jī)械力敏感層的厚度為0.2～1.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模態(tài)敏感元件，其特征在于，所述氣體感受器還包括與所述第一梳狀銅電極的兩端電連接的第二線型銅電極和第三線型銅電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模態(tài)敏感元件，其特征在于，所述機(jī)械力感受器還包括與所述第二梳狀銅電極的兩端電連接的第四線型銅電極和第五線型銅電極。
7.權(quán)利要求1～6所述多模態(tài)敏感元件的制備方法，包括：
8.權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述多模態(tài)敏感元件或權(quán)利要求7所述制備方法制備的多模態(tài)敏感元件在鋰電池監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。
9.一種多模態(tài)傳感器，包括所述權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述多模態(tài)敏感元件或權(quán)利要求7所述制備方法制備的多模態(tài)敏感元件，以及與所述多模態(tài)敏感元件電連接的轉(zhuǎn)化元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多模態(tài)傳感器，其特征在于，所述多模態(tài)敏感元件和轉(zhuǎn)化元件通過(guò)fpc連接器連接。