[發明專利]一種具有電化學儲能效應的壓阻電極薄膜及制備方法

有效

• 申請號: 201811343607.4
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109575330B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 尤政;戴可人;王曉峰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L23/16;C08L27/18;C08K7/24;G01L1/18;G01L9/08
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李富華

本發明公開了屬于自供電壓力傳感器技術領域的一種具有電化學儲能效應的壓阻電極薄膜及制備方法。該壓阻電極薄膜由具有微觀疏松結構的多孔材料：活性炭、碳納米管或石墨烯與粘結劑，或與彈性材料橡膠混合制備得到。其制備方法包括物料混合；研磨細化，橫向剪切成膜。所制備的薄膜在微觀形態上具有以絲狀網絡結構為骨架的疏松多孔結構，在宏觀上具有顯著的壓阻效應，其電阻在壓力作用下可顯著降低。將該壓阻電極薄膜的微觀孔隙中充滿電解液后，其具有雙電層電容電化學儲能效應。實現對薄膜微觀結構、壓阻特性和力學強度的可控調制。所制備的壓阻電極薄膜可以作為新型自儲電力學傳感器的關鍵材料，在電子皮膚等柔性電子方面具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于自供電壓力傳感器技術領域，特別涉及一種具有電化學儲能效應的壓阻電極薄膜及制備方法。

技術背景

壓阻電極薄膜是一種可在壓力作用下產生顯著電阻變化的基礎材料，是壓力傳感器的關鍵組成部分，在柔性電子、工業檢測等領域具有廣泛的應用。壓阻電極薄膜按照其敏感原理，可以分為多種類型，包括金屬類、半導體類和聚合物類等

近年來，自供電傳感器成為了傳感器技術的重要發展方向。自供電傳感器可在沒有外部電源的情況下實現傳感測量功能，極大的拓展了傳統傳感器的應用環境和工作壽命。

具體到壓力傳感器領域，傳統的金屬類、半導體類壓阻電極薄膜，均無法自主產生電壓信號，必須在外部電源的支持下才能夠實現對壓力的傳感測量，嚴重限制了自供電壓力傳感器技術的發展。因此，迫切需要具有自供電能力的新型壓阻電極薄膜材料。

發明內容

本發明的目的是提出一種具有電化學儲能效應的壓阻電極薄膜及制備方法；其特征在于，所述具有電化學儲能效應的壓阻電極薄膜由具有微觀疏松結構的多孔材料：活性炭、碳納米管或石墨烯與粘結劑，或與彈性材料橡膠混合制備得到。

所述壓阻電極薄膜具有微觀孔隙結構，在壓力作用下可發生顯著的電阻降低現象，且當微觀孔隙結構填充電解液后可具有雙電層電化學儲能效應。

所述粘結劑為聚四氟乙烯。

所述橡膠選用三元乙丙橡膠。

所述薄膜材料中彈性橡膠所占質量比例為0%~30%，粘結劑所占質量比例為3%~20%。

一種具有電化學儲能效應的壓阻電極薄膜的制備方法；其特征在于，包括如下步驟：

（1）不同于傳統的采用漿料混合方式的儲能薄膜制備工藝，首先將活性炭干粉與粘結劑和橡膠顆粒以干粉形式混合；其中，干粉的粒徑公認為μm量級；

（2）將干粉混合物充分混合均勻，送入球磨機充分研磨，使得干粉物料充分混合并被研磨為比上述干粉的粒徑更細小的顆粒，

（3）將混合干粉物料平穩地送入對輥機中，其對輥機的同軸固定并活動連接相通的兩個滾輪，該兩個滾輪的轉速存在差異，從而使通過其間的混合物料受到剪切力作用；在剪切力作用下，粘結劑和橡膠成分發生形變，形成微觀絲狀網絡，構成空間骨架結構；同時，滾輪的表面進行高溫加熱，粘結劑熔化，將混合物料粘結形成薄膜；

（4）將混合物料粘結形成薄膜通過橫向剪切而非縱向壓實，實現壓阻電極薄膜成形；其中的剪切工藝借助空氣粉碎機或對輥機等設備，通過強氣流轟擊或滾輪差速碾壓的工藝處理過程加以實現。