【】本发明涉及电池状态监测，特别涉及一种磁电复合材料、制备方法及传感器。
背景技术
0、
背景技术：
1、传统的电池状态监测传感器一般用于热失控早期风险的监测、预警，这类传感器主要分为直接式电池状态监测传感器和间接式电池状态监测传感器。其中，间接式电池状态监测传感器仅通过监测电池的放电和充电过程，分析电池的容量和健康状况，以判断电池的状态，无法快速、高精度地判断电池状态。
2、与间接式电池状态监测传感器相比，直接式电池状态监测传感器一般可以通过直接测量电池的电压、电流和温度等参数来判断电池的状态，而传统的传感器只能对一种参数实现定向监测(例如，传统的电流传感器只能对电流这一参数进行监测)，无法实现多参数的一体化监测，并且可以实现两种及其以上参数监测的传感器，多为几个独立传感器层叠或者集成在一起，体积大、成本高昂，在监测过程中对电流、温度、压力等参数的监测灵敏度较低，很难对电池状态进行高灵敏度的多参数监测。
技术实现思路
0、
技术实现要素：
1、为解决传统的电池状态监测传感器无法对多种参数实现定向监测，且能够实现多参数监测的传感器体积较大、成本高昂以及监测灵敏度较低的技术问题，本发明提供了一种磁电复合材料、制备方法及传感器。
2、本发明解决技术问题的技术方案是提供一种磁电复合材料，包括层叠设置的铁电材料层与衬底层；
3、所述铁电材料层中包括共混的p v d f-hf p(聚偏二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物和复合磁性颗粒，所述复合磁性颗粒的材料包括四氧化三铁磁粉、铁钴钒磁粉以及铁酸钴磁粉中的一种、两种或多种；
4、所述衬底层包括柔性电路板和玻璃基片，所述柔性电路板固定在所述玻璃基片上。
5、优选地，所述复合磁性颗粒采用f e c o v(铁钴钒合金)磁性纳米颗粒。
6、优选地，所述磁电复合材料的厚度为10μm-40μm。
7、本发明解决上述技术问题的另一技术方案是提供一种磁电复合材料制备方法，用于获得上述的磁电复合材料，所述制备方法包括：
8、提供有机溶剂以及p v d f-h f p粉末，将所述p v d f-h f p粉末溶于所述有机溶剂得到初始溶液，所述p vd f-h f p粉末中hf p与p v d f的摩尔比范围为1：4至1：2，所述p v d f-h f p粉末与所述有机溶剂的质量比为1：10；
9、向所述初始溶液中加入所述复合磁性颗粒并进行搅拌处理，得到混合溶液，所加入的所述p v d f-h f p粉末的质量是所述复合磁性颗粒质量的5倍至10倍；
10、以所述混合溶液在所述衬底层的表面形成所述铁电材料层，得到第一复合材料；
11、对所述第一复合材料进行预处理，得到第二复合材料，所述第二复合材料为所述磁电复合材料。
12、优选地，所述预处理包括以下步骤：
13、对所述第一复合材料进行真空烘干处理，以蒸发所述第一复合材料中的所述有机溶剂；
14、对真空烘干后的所述第一复合材料进行退火处理，使所述铁电材料层结晶成型于所述衬底层的表面；
15、对退火后的所述第一复合材料进行原位极化处理，得到所述第二复合材料。
16、优选地，所述真空烘干处理中，蒸发所述有机溶剂的时长为10min至15min；所述退火处理中，退火温度为130℃至150℃，退火时长为60min至90min。
17、优选地，所述原位极化处理中，极化温度为25℃至35℃，极化电压为25kv至30kv，极化时长为5min至15min。
18、优选地，所述搅拌处理包括以下步骤：
19、进行转速为200r/min至400r/min、时长为6h至8h的第一次搅拌，得到所述混合溶液；
20、在所述第一次搅拌完成后，对所述混合溶液进行转速为100r/min至150r/min、时长为1h至2h的第二次搅拌，以脱除所述混合溶液中的气泡。
21、本发明解决上述技术问题的又一技术方案是提供一种传感器，包括电极层以及由上述的磁电复合材料制备方法得到的磁电复合材料，所述磁电复合材料与所述电极层电性连接；所述铁电材料层层叠设置在所述衬底层与所述电极层之间。
22、优选地，所述传感器还包括保护层，所述保护层连接于所述电极层上背离所述铁电材料层的一面，所述保护层的厚度为10μm-30μm。
23、与现有技术相比，本发明提供的一种磁电复合材料、制备方法及传感器，具有以下优点：
24、1、本发明的第一实施例提供一种磁电复合材料，包括层叠设置的铁电材料层与衬底层；铁电材料层中包括共混的p v d f-hf p(聚偏二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物和复合磁性颗粒，复合磁性颗粒的材料包括四氧化三铁磁粉、铁钴钒磁粉以及铁酸钴磁粉中的一种、两种或多种；衬底层包括柔性电路板和玻璃基片，柔性电路板固定在玻璃基片上。
25、可以理解地，采用p v d f(聚偏二氟乙烯)制成的传感器可以通过自发极化强度的变化产生感应电荷，以检测外部温度、压力的变化。p v d f-hf p与p v d f具有相似的结晶结构，将hf p(六氟丙烯)的链段引入v d f(偏氟乙烯)骨架中，c-f偶极子的含量以及空间位阻效应都相对增加，进而改善了c-f偶极子的取向以及β相晶体的含量，以增强压电性能和热释电性能。
26、需要说明的是，复合磁性颗粒为铁电材料层带来磁致伸缩现象，磁致伸缩现象可以将磁电信号转化为力信号，使磁电复合材料拥有感应磁电信号的能力，进而能够通过单个独立传感器对电流、温度、压力等参数进行监测；复合磁性颗粒所需的磁化场强度不高，适用于为传感器提高电流信号监测的磁致伸缩材料。
27、2、本发明第一实施例所提供的磁电复合材料，复合磁性颗粒采用f e c o v(铁钴钒合金)磁性纳米颗粒。
28、可以理解地，f e c o v磁性纳米颗粒的颗粒粒径均匀，且f e c o v磁性纳米颗粒的磁致伸缩曲线与现有传感器的电流响应曲线趋势一致，具有相同的线性区域，因此，fe c o v磁性纳米颗粒适合作为高灵敏度传感器的磁致伸缩材料，具有较好的磁致伸缩特性、高磁敏率、低铁损耗等优点。
29、需要说明的是，采用f e c o v的磁性纳米颗粒有着较高的居里温度，其耐热性较好；居里温度指的是磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度，用于描述物质在特定温度下失去磁性的临界温度。
30、3、本发明第一实施例所提供的磁电复合材料，磁电复合材料的厚度为10μm-40μm。
31、可以理解地，当磁电复合材料处于10μm-40μm的厚度范围内时，铁电材料层的压电系数、热释电系数和磁致伸缩系数较高，对电流、温度、压力等参数的变化感应灵敏，提高了由磁电复合材料制成的传感器的监测灵敏度。
32、4、本发明的第二实施例提供一种磁电复合材料制备方法，用于获得上述的磁电复合材料，制备方法包括：提供有机溶剂以及p vd f-h f p粉末，将p v d f-hf p粉末溶于有机溶剂得到初始溶液，p vd f-h f p粉末中h f p与p v d f的摩尔比范围为1：4至1：2，p vd f-h f p粉末与有机溶剂的质量比为1：10；向初始溶液中加入复合磁性颗粒并进行搅拌处理，得到混合溶液，所加入的p v d f-hf p粉末的质量是复合磁性颗粒质量的5倍至10倍；以混合溶液在衬底层的表面形成铁电材料层，得到第一复合材料；对第一复合材料进行预处理，得到第二复合材料，第二复合材料为磁电复合材料。
33、可以理解地，本发明的第二实施例所提供的磁电复合材料制备方法，先将p v df-h f p粉末溶于有机溶剂形成初始溶液，再将复合磁性颗粒掺杂进入初始溶液进行搅拌处理，形成均匀的混合溶液。通过搅拌处理可以使得混合溶液得到充分均匀的混合，不会出现结块和磁粉沉积的现象，通过设定搅拌的转速、时长等参数，还可以消除溶液中由于共混体系所产生的多余气泡。
34、需要说明的是，衬底层包括由透明胶带固定在一起的柔性电路板和玻璃基片，通过涂布机对玻璃基片进行真空吸附，其中，柔性电路板在上、玻璃基片在下，玻璃基片的作用是为下一步的涂布提供便利。进一步的，在获得混合溶液后，将混合溶液狭缝涂布形成于衬底层的柔性电路板上形成第一复合材料，对第一复合材料进行预处理后所得到的第二复合材料，即磁电复合材料，拥有体积小巧、柔性、热释电系数高、压电系数高、磁致伸缩系数高的特点，能够对电流、温度、压力等参数的变化进行监测，进而能够对电池状态进行判断。
35、本发明第二实施例所提供的制备方法，解决了传统的电池状态监测传感器无法对多种参数实现定向监测，且能够实现多参数监测的传感器体积较大、成本高昂以及监测灵敏度较低的技术问题。
36、5、本发明第二实施例所提供的磁电复合材料制备方法，预处理包括以下步骤：对第一复合材料进行真空烘干处理，以蒸发第一复合材料中的有机溶剂；对真空烘干后的第一复合材料进行退火处理，使铁电材料层结晶成型于衬底层的表面；对退火后的第一复合材料进行原位极化处理，得到第二复合材料。
37、可以理解地，通过真空烘干、退火以及原位极化处理后所得到的磁电复合材料，拥有体积小巧、柔性、热释电系数高、压电系数高、磁致伸缩系数高的特点，提高对电流、温度、压力等参数监测的灵敏度。
38、需要说明的是，第二复合材料即上述提及的磁电复合材料，其中，真空烘干处理可以将第一复合材料中的有机溶剂充分蒸发，以避免退火、原位极化处理后所得到的磁电复合材料上产生气泡。
39、在真空烘干处理后对第一复合材料进行退火处理，可以降低磁电复合材料的残余应力，稳定磁电复合材料的尺寸大小，并减少其变形与裂纹的倾向；除此之外，通过退火处理还可以细化晶粒，增强磁电复合材料的延展性。
40、本发明的第二实施例通过对第一复合材料进行真空烘干处理和退火处理，可以提高磁电复合材料的机械性能、压电性能以及热释电性能，从而提高磁电复合材料的柔韧性以及采用磁电复合材料检测温度、压力的灵敏度。
41、6、本发明第二实施例所提供的磁电复合材料制备方法，真空烘干处理中，蒸发有机溶剂的时长为10min至15min；退火处理中，退火温度为130℃至150℃，退火时长为60min至90min。
42、可以理解地，真空烘干处理是在真空干燥箱中将有机溶剂蒸发，完成蒸发后，继续对第一复合材料进行退火处理，退火处理则是为了使铁电材料层结晶成型于衬底层的表面。
43、需要说明的是，通过上述的蒸发时长、退火时长以及退火的最佳温度范围可以使得铁电材料层结晶时，表面均匀平整，不会产生开裂或坑洼，进而提高采用磁电复合材料对电流、温度、压力等参数的监测灵敏度。
44、7、本发明第二实施例所提供的磁电复合材料制备方法，原位极化处理中，极化温度为25℃至35℃，极化电压为25kv至30kv，极化时长为5min至15min。
45、可以理解地，通过原位极化处理，可以增强磁电复合材料中β相晶体的结晶结构，使得磁电复合材料中的c-f偶极子产生择优取向，提高磁电复合材料的压电系数和热释电系数，进而提高由磁电复合材料制成的传感器对温度、压力的监测灵敏度。
46、需要说明的是，对完成真空烘干处理的第一复合材料进行退火处理、原位极化处理，最终得到第二复合材料，即上述的磁电复合材料。
47、8、本发明第二实施例所提供的磁电复合材料制备方法，搅拌处理包括以下步骤：进行转速为200r/min至400r/min、时长为6h至8h的第一次搅拌，得到混合溶液；在第一次搅拌完成后，对混合溶液进行转速为100r/min至150r/min、时长为1h至2h的第二次搅拌，以脱除混合溶液中的气泡。
48、可以理解地，通过第一次搅拌得到混合溶液，其搅拌时长最少为6小时，以使混合溶液搅拌均匀，混合溶液中包括p v d f-hf p共聚物以及复合磁性颗粒；第二次搅拌是在完成第一次搅拌、获得混合溶液以后进行的，通过第二次搅拌可以脱除混合溶液中所存在的气泡，使得混合溶液质地均匀，不会因存在气泡而产生空腔。
49、其中，第二次搅拌的转速小于第一次搅拌的转速，通过第二次低速的搅拌可以将先前第一次高速搅拌混合溶液所产生的气泡去除。
50、通过两次搅拌后所得到的混合溶液，可以使得最终制备而成的磁电复合材料获得更高的压电系数、热释电系数以及磁致伸缩系数。
51、需要说明的是，两次搅拌的方式均为机械搅拌，其中，机械搅拌是通过电机以及传动装置带动搅拌装置进行混合搅拌的，适用于大容积混合搅拌的批量生产，操作简单、方便，无需特殊的搅拌器件。
52、9、本发明的第三实施例提供一种传感器，包括电极层以及由上述的磁电复合材料制备方法得到的磁电复合材料，磁电复合材料与电极层电性连接；铁电材料层层叠设置在衬底层与电极层之间。
53、可以理解地，传感器包括电性连接的磁电复合材料与电极层，由于磁电复合材料有热释电特性、压电特性以及磁致伸缩特性，因此，由电流、温度、压力变化而引起的电荷变化被转换为电信号，电极层可以接收磁电复合材料中所产生的电信号，通过此设计，使得传感器能够实现多参数的实时监测，保证了监测的高灵敏度，并保证了监测结果的可靠性和准确度。
54、除此之外，电极层还可以与外接设备进行连接，以将电信号传输到外界的控制系统，再由控制系统对电信号进行分类存储、阈值预警等操作。
55、需要说明的是，电极层具体是通过在磁电复合材料上进行电极印刷而形成的，通过此设计，使得磁电复合材料在感应电流、温度、压力等参数变化时，在铁电材料层上所产生的电荷变化能够通过电极层进行传输。
56、10、本发明第三实施例所提供的传感器还包括保护层，保护层连接于电极层上背离铁电材料层的一面，保护层的厚度为10μm-30μm。
57、可以理解地，设置厚度为10μm-30μm的保护层能够有效地防止灰尘、污渍以及油渍等外界物质进入传感器内部，进而避免这些物质对信号的采集、传输造成危害。
58、需要说明的是，保护层与电极层的连接，具体是通过将保护层涂覆至电极层上背离铁电材料层的一面以后，再对其进行烘干，使得传感器因保护层的存在而起到防刮和防摔的作用、耐磨性增加，大大延长了传感器的使用寿命。
1.一种磁电复合材料，其特征在于：
2.如权利要求1所述的磁电复合材料，其特征在于：
3.如权利要求2所述的磁电复合材料，其特征在于：
4.一种磁电复合材料制备方法，用于获得权利要求1-3中任一项所述的磁电复合材料，其特征在于，所述制备方法包括：
5.如权利要求4所述的磁电复合材料制备方法，其特征在于，所述预处理包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的磁电复合材料制备方法，其特征在于：
7.如权利要求5所述的磁电复合材料制备方法，其特征在于：
8.如权利要求4所述的磁电复合材料制备方法，其特征在于，所述搅拌处理包括以下步骤：
9.一种传感器，其特征在于，包括电极层以及由权利要求4-8中任一项所述的磁电复合材料制备方法得到的磁电复合材料，所述磁电复合材料与所述电极层电性连接；
10.如权利要求9所述的传感器，其特征在于：
