[发明专利]一种基于压阻效应的自供电加速度传感器及其制造方法

权利要求书

1.一种基于压阻效应的自供电加速度传感器的制作方法，所述基于压阻效应的自供电加速度传感器采用叠层式结构，依次叠放集流体、正电极、隔膜、负电极和集流体为一个加速度传感器单体，采用钛、铂或不锈钢作为集流体；采用聚四氟乙烯-碳材料复合压阻薄膜作为正负电极，采用多孔材料聚四氟乙烯或聚丙烯作为隔膜；采用硫酸钠作为电解质溶液，填充于正负电极和隔膜的孔隙中；然后各层之间经过气密封装后由柔性树脂胶灌封在金属或塑料壳体中；该自供电加速度传感器通过双电层效应实现电能的存储和释放；其特征在于，所述基于压阻效应的自供电加速度传感器的制作步骤如下：

(1)集流体的制造工艺

1)金属表面的表面处理，采用体积分数5%〜40%的硫酸溶液，将金属集流体材料钛片、铂或不锈钢浸泡1〜5个小时；

2)切割，将处理后的钛片、铂或不锈钢按照所设计尺寸切割成集流体；

3)激光焊接，通过激光焊接将极针焊接到集流体上，保障高加速度瞬间极针与集流体之间不发生脱落现象；

(2)电极薄膜的制造工艺

1)将聚四氟乙烯或聚丙烯粉末送入空气粉碎机内，通过高压空气冲击将聚四氟乙烯或聚丙烯粉末打散拉成丝状结构；

2)将经过空气粉碎机处理的聚四氟乙烯或聚丙烯粉末与活性炭、碳纳米管和石墨烯碳材料混合，其中聚四氟乙烯或聚丙烯在总体积中占比2%~30%，在总体积中活性炭占比70%~98%，在总体积中碳纳米管及石墨烯占比0%~50%；

3)上述混合物经过聚四氟乙烯丝状微结构的粘接作用，形成聚四氟乙烯-碳材料复合材料，形成疏松的微观孔隙结构；该复合材料经过压制成型形成具有压阻效应的电极薄膜，即制成正负电极；

(3)注液及封装工艺

1)将集流体、正电极、隔膜、负电极和集流体依次层叠为一个加速度传感器单体；各层之间紧密贴合，进行气密性封装；

2)向正电极、负电极和隔膜的孔隙中添加0.1mol/L~10mol/L的硫酸溶液或硫酸钠电解液，确保孔隙完全被电解液填充；

3)将器件放置在金属或塑料外壳内，向外壳内的剩余空间填充柔性树脂胶，待柔性树脂胶固化完成。

2.根据权利要求1所述基于压阻效应的自供电加速度传感器的制作方法，其特征在于，基于压阻效应的自供电加速度传感器的性能测试如下：

对封装好的加速度传感器进行10A/m²~200A/m²的恒流充电，直至充满状态，电压达到1V，实现储能功能；然后先进行足够长时间的自放电，使加速度传感器内部的离子分布达到平衡状态后，进行10A/m²~200A/m²的恒流放电；若放电过程中发生高加速度过载冲击，加速度传感器的输出电压将在冲击瞬间出现电压上升峰，上升峰的幅值可用于测量加速度冲击的大小，实现加速度传感器的加速度传感功能；该自供电加速度传感器通过双电层效应实现电能的存储和释放；双电层效应是指电极和电解液中的正负离子在静电吸附力的作用下，在电极材料的表面形成有序的双电层结构；由于正负电极为高比表面积的孔隙结构，因此器件可以通过双电层效应实现大能量密度的电能存储。

3.根据权利要求1所述基于压阻效应的自供电加速度传感器的制作方法，其特征在于，所述自供电加速度传感器单体的尺寸小于1cm*1cm*5mm，充电电压能够达到1V，加速度响应范围可达12500g，能够应用于汽车工业、航空航天和武器装备领域。