(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210858514.5 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 浙江大学杭州国际科创中心 地址 311200 浙江省杭州市经济技 术开发 区萧山区建设三路73 3号 (72)发明人 董树荣　刘舒婷　王昊　轩伟鹏　 金浩　骆季奎　刘刚　钟高峰　 邹锦林　 (74)专利代理 机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 专利代理师 胡红娟 (51)Int.Cl. C08J 3/00(2006.01) C08L 89/00(2006.01) B32B 3/08(2006.01)B32B 3/30(2006.01) B32B 25/00(2006.01) B32B 25/04(2006.01) B32B 27/00(2006.01) B32B 27/06(2006.01) B32B 27/30(2006.01) B32B 27/34(2006.01) B32B 33/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G01P 3/50(2006.01) H02N 1/04(2006.01) (54)发明名称 一种液态小球及其制备方法以及自驱动传 感器 (57)摘要 本发明公开了一种液态小球的制备方法， 包 括： 向溶剂加入0.1 ‑5g明胶粉末， 搅拌， 静置 得到 明胶溶液； 将明胶溶液加入疏水颗粒中， 晃动使 得明胶溶液表面覆盖疏水材料形成初始液态小 球； 静置初始液态小球， 直至内部明胶溶液凝固 最终得到 液态小球。 利用该制备方法制备的液态 小球具有较高的力学性能， 本发 明还公开了基于 该液态小球的自驱动 传感器。 自驱动传感器能够 较为准确的测量 微小压力， 振动幅度和频率。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 115093577 A 2022.09.23 CN 115093577 A 1.一种液态小球的制备 方法， 其特 征在于， 包括： (1)向溶剂加入0.1 ‑5g明胶粉末， 充分搅拌， 静置得到明胶溶 液； (2)将明胶溶液滴入疏水颗粒中， 充分晃动使得明胶溶液表面覆盖疏水材料形成初始 液态小球； (3)将制得的初始液态小球静置， 直至内部明胶溶 液凝固最终得到液态小球。 2.根据权利要求1所述的液态小球的制备方法， 其特征在于， 所述溶剂为水， 去离子水， 甘油， 酚酞， CuCl2或CoCl2。 3.根据权利要求1所述的液态小球的制备方法， 其特征在于， 所述疏水颗粒为PTFE、 石 松、 Teflon、 石墨或F e3O4中的一种或多种。 4.一种根据权利要求1 ‑3任一项所述的液态小球的制备 方法制备 得到的液态小球。 5.一种自驱动传感器， 从下到上依次包括支撑层、 衬底层、 液态小球层、 垫片层和正性 摩擦层， 液态小球层包括多个如权利要求 4所述的液态小球： 其中， 所述衬底层， 位于所述支撑层上， 与液态小球直接接触， 所述衬底层的材料与所 述液态小球上的疏 水颗粒材料保持一 致， 以减少所述液态小球上 疏水颗粒的脱落； 所述正性摩擦层， 位于所述液态小球层上方， 用于当与所述液态小球接触的表面积发 生变化时产生电信号， 通过电信号输出以达 到监测微小压力， 振幅和振动频率的作用； 以及 所述垫片层位于所述正性摩擦层与所述衬底层之间， 环绕所述液态小球层， 用于避免 负载量过 大造出所述液态小球破裂。 6.根据权利要求5所述的自驱动传感器， 其特征在于， 所述支撑层的材料由3D打印制 成； 所述正性摩擦层为金属电极层或含有金属 导电电极， 所述金属电极层或金属 导电电极 均为ITO、 Cu或Al， 正性摩擦层的面积大于所有液态小球层分布面积； 所述垫片层和支撑层 均为3D打印制成， 所述垫片层和支撑层的材 料均为光敏树脂、 尼龙 材料、 ABS或橡胶。 7.根据权利要求5所述的自驱动传感器， 其特征在于， 当所述垫片层的高度低于液态小 球层时， 微质量负载的质量分布在所有液态小球上， 自驱动传感器用于检测微小压力。 8.根据权利要求5所述的自驱动传感器， 其特征在于， 当所述垫片层的高度高于液态小 球层时， 自驱动传感器用于检测微振动幅度和频率。 9.一种检测位置及速度的自驱动传感器， 从下到上依次包括支撑层、 电极层、 正性摩擦 层和如权利要求 4所述的液态小球： 其中， 所述正性摩擦层直接与所述液态小球接触， 当所述自驱动传感器位于倾斜坡面 上时， 受重力作用， 所述液态小球从正 性摩擦层处滚动； 所述电极层位于正性摩擦层下方， 用于在所述液态小球从正性摩擦层处滚动过程中产 生电信号输出； 通过输出的电信号得到所述自驱动传感器当前所处位置， 通过测试两相邻电极上输出 的电信号的时间 间隔， 并用相邻电极间的距离除以时间 间隔即可完成速度传感。 10.根据权利要求9所述的检测位置及速度的自驱动传感器， 其特征在于， 所述支撑层 由3D打印制成， 材料为光敏树脂、 尼龙材料、 ABS、 橡胶等； 所述电极层的材料为ITO、 Cu或Al； 所述正性摩擦层的材 料为PVDF。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115093577 A 2一种液态小球及其制备方 法以及自驱动传感器 技术领域 [0001]本发明属于传感器技术领域， 具体涉及一种液态小球及其制 备方法， 以及自驱动 传感器。 背景技术 [0002]小微作用力传感在日常生活及工业生产， 农业生产及医疗作用等方面具有重要作 用。 常用的压力 传感器包括压阻式， 电容式均为被动型传感器， 需要额外通过微型电池提供 电源才能工作， 限制了其应用场景并造成了能源浪费。 [0003]摩擦纳米发电机基于摩擦电效应与静电感应的耦合作用， 能将环境中的机械能转 化为电信号输出， 是一种微型能量收集器。 同时其输出大小受外部作用力参数如(力的大 小， 力的作用力频率)所影响， 因此其又被用作自驱动传感器并被广泛研究， 目前， 摩擦发电 机按工作模式的不同可以分为四种类型： 接触式、 滑动式、 单电极式、 隔空式， 基于不同的发 电模式， 发电机可以实现各式各样机 械能能量收集及应用。 [0004]文献X.s.Zhang,M.D.Han,R.X.Wang,et  al.Frequency ‑Multiplication  High‑ Output Triboelectric  Nanogenerator  for Sustainably  Powering  Biomedical   Microsysterms[J].Nano  Letters,2 013,13:1168 ‑1172公开一种能够收集物 体振动能的摩 擦发电机。 该发电机采用三明治结构， 可以将低频 的机械能量转化收集成为频率翻倍的电 能输出。 Al薄膜置 于两层PDMS薄膜之间从而 使器件中接触摩擦的频率加倍。 [0005]公开号为CN201420045281.8的中国专利公开了一种接触 ‑分离式摩擦纳米 发电机 及发电机组。 所述 发电机包括由M ×N个分立的发电机单元构成的发电机单元阵列， 其中M和 N为自然数； 且每个发电机单元包括： 第一摩擦件， 其背面设置有第一导电层； 硬质的上基 板， 其正面固定有导电的第二摩擦件； 弹性连接件， 其用于连接第一摩擦件和上基板， 使得 上基板和第一摩擦件之间具有一定间隙， 且仅在上基板受到外力作用后， 其正面固定的第 二摩擦件和与其对应的第一摩擦件正面接触， 并通过第一导电层和第二摩擦件向外输出交 流脉冲信号。 该专利申请采用M ×N个与雨滴尺寸相匹配的发电机单元， 保证充分利用雨滴 动力， 柔性防水薄膜在相 邻的第二基板之间形成凹槽， 便于水流的导出。 该专利申请公开的 方案虽然利用了雨 滴动力， 但是 该方案公开的发电机结构复杂、 发电效率 不高。 [0006]基于摩擦纳 米发电机的自驱动压力传感器通常存在较高的探测极限， 无法实现微 小力的传感。 或者需要复杂的制备工艺制备特殊的摩擦材料， 使得制备过程复杂及制作成 本高昂， 因此亟需设计一种结构 简单， 且能够稳定， 灵敏的测量 微小力的自驱动传感器。 发明内容 [0007]本发明提供了一种液态小球的制备方法， 利用该方法制备的液态小球具有较高 的 力学性能。 [0008]本发明还提供了基于该液态小球的自驱动传感器， 该驱动传感器能够较为准确的 测量微小压力， 振动幅度和频率。说　明　书 1/5 页 3 CN 115093577 A 3