[发明专利]压阻/压电复合材料及制法及采用该材料的传感器及制法

权利要求书

1.一种压阻/压电复合材料，其特征在于，包括如下按重量配比的组分：100份水泥、105-500份微/纳米级压电陶瓷粉体、10-30份粉煤灰、15-50份水、0.01-2份超塑化剂、0.1-10份韧性纤维、0.01-15份导电填料。

2.根据权利要求1所述的压阻/压电复合材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述水为蒸馏水或去离子水；所述超塑化剂为聚羧酸盐系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、蜜胺树脂系高效减水剂、萘系高效减水剂中的一种或几种组合；所述韧性纤维为聚乙烯醇纤维或聚丙烯纤维或聚酰亚胺纤维；所述导电填料为微/纳米级碳黑、微/纳米级镍粉、碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯接枝碳纤维、氧化石墨烯接枝碳纳米纤维中的一种或其中几种的混合。

3.一种权利要求1所述的压阻/压电复合材料的制法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）微/纳米级压电陶瓷粉体制备；

（2）以丙酮作助磨剂，将100份水泥、10-30份在填料与基体间起润滑与桥联作用的粉煤灰干拌球磨5-10分钟，然后与105-500份步骤（1）所制得的压电陶瓷粉体球磨10-20分钟，然后先后加入导电填料、韧性纤维，再球磨柔和混合30-60分钟；

（3）将步骤（2）获得的混合料在丙酮介质中进一步超声分散处理30-60分钟，挥发干燥得混合粉体；

（4）向步骤（3）所得的混合粉体中加入溶有0.01-2份超塑化剂的15-50份水，混匀后采用压制成型法压制成实际需求的形状和尺寸的薄片试样；

（5）将步骤（4）所得薄片试样置于水泥蒸汽养护箱，蒸汽45℃、相对湿度RH100%条件下养护三天后，干燥并清洁需要涂电极的上下表面；

（6）将步骤（5）所得的薄片试样涂上电极，干燥后，室温条件下，在硅油浴锅中用高压直流电源极化1-12小时，老化后即得一种用压阻/压电复合材料制备的感应元件。

4.一种采用权利要求1所述材料的传感器，其特征在于，包括压阻/压电复合材料层（1），压阻/压电复合材料层（1）的上下表面各设置一个电极（2），压阻/压电复合材料层（1）和电极（2）皆包裹在封装外壳（3）内，上下两电极之间通过贯穿封装外壳的电磁屏蔽导线（4）相连，传感器设置在支座（6）与支撑的桥面单元（5）之间或嵌在桥面单元（5）内。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，电极布置方式为全覆盖式或格栅式或交叉指形式或交叉栅式。

6.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，封装外壳（3）是由水泥、粉煤灰、水性树脂、水性固化剂、韧性纤维按1:0.1-0.3:0.4-0.8:0.4-0.6:_0.01-0.1的重量比混合而成的一种纤维增强树脂混凝土。

7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥；所述粉煤灰为I级粉煤灰；所述水性树脂为水性环氧树脂或水性酚醛树脂或水性脲醛树脂或水性密胺-甲醛树脂或水性聚氨酯树脂或水溶性聚酰亚胺树脂；所述水性固化剂为各水性树脂对应的专用固化剂；所述韧性纤维为聚乙烯醇纤维或聚丙烯纤维或聚酰亚胺纤维。

8.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，电极（2）采用导电银胶电极或银电极或镍电极。

9.一种权利要求4-8所述传感器的制法，其特征在于，包括以下步骤：按照比例先将韧性纤维通过高速搅拌分散在水性树脂中，然后加入相应固化剂混匀，再加入水泥与粉煤灰干拌混合料，搅拌均匀；将压阻/压电感应元件固定在模具中，然后将上述纤维增强树脂混凝土混合物浇入模具中，在水泥终凝前，将模具移至真空干燥箱中进行抽真空除泡；最后用水性树脂和对应的固化剂混合稀释液表面覆盖养护至28天龄期。