【所属领域】

智能制造，新材料，能源环保

【技术背景】

作为信息监测的窗口，压力传感器在我们生活中的应用越来越广泛。通过压力传感器我们可以实现人体活动状态和电池内部健康状况的实时监测，以及潮汐洋流的经过、水位的涨落等，从而对危险情况作出判断。根据传感机理压力传感器可分为摩擦电型、压电型、电容型及压阻型四大类，其中电容型和压阻型传感器的探测范围限制于低压探测，严重制约其在高压范围中的应用，且需外接电源不适用于长期监测。摩擦电型和压电型传感器具有自供电功能，但这两类传感器不适用于静压探测。并且，目前以上四类传感器均不能直接应用于电解液环境中，器件封装导致传感器灵敏度受限是目前的痛点难题之一。

【成果介绍】

本成果研发的自供电式传感器基于传感单元的电化学双电层效应，将外界压力转化为电能输出实现压力信号的实时采集。本成果使用具有特殊构型的碳纳米材料作为传感单元，该传感单元具有耐腐蚀、耐潮湿、耐磨损等特性，实现无需封装的压力探测，可直接应用于复杂的电解液环境，克服器件封装导致灵敏度受限的难题。

将本成果应用于特殊环境（包括水下环境、电解液环液、酸碱液环境）中的压力探测，目前可达到的性能指标包括：（1）宽压力探测范围：100mPa-1MPa；（2）宽频率响应范围：0.02Hz-2000Hz；（3）自供电：低频(<2Hz)下能量输出是现役自供电压力传感器的400万倍，无需外接电源即可进行工作。

自供电式压力传感器与其他传感器的性能对比

【应用场景】

自供电式压力传感器在电池内部压力监测方面的应用：

在电池的使用过程中，由于各种副反应的发生，其内部会产生大量气体，长期积累下导致电池鼓胀，发生爆炸爆燃等情况，影响使用者的安全，本传感器可直接应用于电池内部电解液环境中，对电池的安全状况进行实时监测，从而避免爆燃爆炸的发生。

自供电式压力传感器应用于电池内部压力监测

自供电式压力传感器在人体活动监测方面的应用：

人体在锻炼后呼气和吸气的频率明显加快，并且呼气和吸气急促，在曲线上的表现为，锻炼后的呼气和吸气峰明显多于锻炼前的呼气和吸气峰，且锻炼后的呼气和吸气峰比较尖锐(锻炼前呼气和吸气峰都相对平滑)。

自供电式压力传感器对于人体运动前后呼吸的信号响应

【市场前景】

本成果研发的自供电式压力传感器已达到的性能指标完全满足潮汐洋流、人体活动和电池内部压力监测的使用需求，并在鱼群捕捞、高精度机械加工等多方面具有潜在应用。

【知识产权】

该成果申请多项中国发明专利，下表是部分展示：

【合作方式】

技术开发、技术服务、技术转让、技术许可、技术入股、面谈

【专家介绍】

徐鸣，工学博士，华中科技大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。主要从事碳纳米宏观有序体的制备及应用开发。在Science（2篇）、Nature Catalysis（1篇）、Nature Communications（2篇）等高水平杂志上发表SCI论文50余篇，授权专利17项（美国2项，日本1项，中国14项）。发展了可在-196℃～1000℃温度范围稳定服役的超级橡胶，获2011年第七界“饭岛赏”，是该奖项最年轻的获得者；所研发的“自供电式波浪监测及海啸预警装置”将水下压力探测精度提升一个数量级，获2019年日内瓦国际发明展最高奖项-评审团特别嘉许金奖；受邀请赴国际会议作报告10余次；主持国家自然项目3项，地区项目5项；自主开发“催化剂活化-碳管生长分离”技术，攻克宏量制备中因乱流严重、温度不均而导致的碳管结构不可控等难题，实现同批次碳管生产力3个数量级的提升，获批“超纯阵列式碳管可控生长及产业化团队”并任团队负责人(2017孔雀团队)。

【联系方式】

成果编号：CG22001