[發明專利]一種基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器

在審

• 申請號: 202010800835.0
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111928986A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 冉祥海;宋忠乾;楚慧穎;李偉燕;聶偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;H02N1/04
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 周蕾

1.一種基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，其特征在于，包括：

內部具有腔室的保護殼體(2)、受沖層(1)、往復運動件(15)、及摩擦發電組件(14)；

所述受沖層(1)設置于所述保護殼體(2)的頂部，所述往復運動件(15)和摩擦發電組件(14)設置于所述保護殼體(2)內部腔室里，并且所述摩擦發電組件(14)設置于所述往復運動件(15)上方；

所述往復運動件(15)包括彈性層(9)、和固定在彈性層(9)中的質量塊(10)，在外沖擊力作用下質量塊(10)在彈性層(9)的束縛下做往復運動；

所述摩擦發電組件(14)從上至下依次包括：第一絕緣層(3)、第一電極層(5)、第一摩擦層(7)、第二摩擦層(8)、第二電極層(6)、和第二絕緣層(4)，且所述第一摩擦層(7)和第二摩擦層(8)之間間隔一段距離，所述第一電極層(5)和第二電極層(6)分別通過導電膠與外接引線相連、并且所述外接引線從保護殼體(2)引出；所述第一絕緣層(3)和第二絕緣層(4)分別用于對所述第一電極層(5)和第二電極層(6)的絕緣封裝；

上述檢測傳感器在外沖擊力作用于受沖層(1)時，所述往復運動件(15)中的質量塊(10)在彈性層(9)的束縛下做往復運動使第一摩擦層(7)和第二摩擦層(8)對應表面相互接觸與分離從而產發電荷，并通過分別與第一電極層(5)和第二電極層(6)相連的外接引線引出電信號。

2.根據權利要求1所述的基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，其特征在于，所述受沖層(1)下表面設有凹槽(13)。

3.根據權利要求2所述的基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，其特征在于，所述凹槽(13)的深度為0.1mm～3mm。

4.根據權利要求1所述的基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，其特征在于，所述保護殼體(2)為金屬材料、或為金屬/非金屬復合材料；所述第一絕緣層(3)和第二絕緣層(4)均為具有良好的柔韌性和一定的機械強度的聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛樹脂、環氧樹脂、硫化橡膠、或者硅橡膠；所述第一電極層(5)和第二電極層(6)均為風干或固化的導電銀漿、導電碳漿、真空蒸鍍的鉻/金層、真空蒸鍍的鎳/銅層、石墨烯、或者銀納米線，其厚度為0.02～5μm；所述彈性層(9)為三元乙丙橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、聚酰胺彈性體、聚苯乙烯彈性體、共聚酯彈性體、聚氨酯彈性體、聚烯烴彈性體、或者有機硅/氟彈性體。

5.根據權利要求1所述的基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，其特征在于，所述質量塊(10)數目為一個或多個，且所述質量塊(10)通過粘結、鉚接、或者螺紋連接方式與所述彈性層(9)相固定。

6.根據權利要求1所述的基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，其特征在于，所述摩擦發電組件(14)數目為一組或多組；當所述摩擦發電組件(14)數目為多組時，多個所述摩擦發電組件(14)設置在所述往復運動件(15)的兩側或同側。

7.根據權利要求1所述的基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，其特征在于，所述第一摩擦層(7)和第二摩擦層(8)之間設置墊片(11)，其厚度為50μm～3mm。

8.根據權利要求1所述的基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，其特征在于，所述第一摩擦層(7)和第二摩擦層(8)，其中一摩擦層所用材料為負極性材料，包括聚偏氟乙烯納米纖維膜、聚偏氟乙烯共聚物納米纖維膜、聚偏氟乙烯納米材料纖維復合膜、聚四氟乙烯駐極體納米纖維膜、聚丙烯駐極體納米纖維膜、和聚酯駐極體納米纖維膜中的任意一種或多種，其厚度為5～500μm；

另一摩擦層所用的材料為正極性材料，包括蠶絲及其織物膜、棉及其織物、聚氨酯納米纖維膜、聚酰亞胺納米纖維膜、纖維素納米纖維膜、聚苯乙烯基納米纖維膜、聚乙烯醇納米纖維膜、和聚乙烯吡咯烷酮納米纖維膜中的任意一種或多種，其厚度為5～500μm。