[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

摘要

本发明公开了属于加速度传感器领域的一种基于压阻效应的自供电加速度传感器及其制造方法。该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‑集流体。该自供电加速度传感器通过复合材料电极薄膜的压阻效应实现加速度冲击信号的传感。本发明的集流体采用钛等金属材料，通过激光焊接完成极针与集流体的可靠连接。多孔电极的制备采用干法工艺，通过聚四氟乙烯与碳材料的复合制备具有压阻特性的电极材料。该自供电加速度传感器采用柔性封装结构和工艺，采用层间气密封装和柔性树脂胶灌封将器件封装在金属或塑料外壳中。本发明解决了高g加速度信号的自供电传感问题，在汽车工业、航空航天和武器装备领域具有广阔应用潜力。

主权项

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。