炭黑-銅粉填充導(dǎo)電硅橡膠壓阻特性及其傳感器研究.pdf

1、導(dǎo)電硅橡膠是一種新型的功能材料，電導(dǎo)率一般介于絕緣體和金屬體之間，具有獨(dú)特的壓阻特性和機(jī)械性能，可用于柔性壓力傳感器的敏感材料，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的應(yīng)力測量。本文以炭黑和銅粉為導(dǎo)電填料，對不同填料配比下的導(dǎo)電硅橡膠的壓阻特性進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種柔性陣列式壓力傳感器。本文的主要內(nèi)容如下：
　　在理論分析方面，本文首先主要介紹了導(dǎo)電橡膠目前幾種比較經(jīng)典的導(dǎo)電機(jī)理，即導(dǎo)電通路理論、隧道效應(yīng)理論和場致發(fā)射理論。其次闡

2、述了形成導(dǎo)電通路的三種滲流模型，結(jié)果表明：導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電性是由多種理論共同作用的結(jié)果。最后分析了導(dǎo)電橡膠基于導(dǎo)電通路理論和隧道效應(yīng)理論的壓阻模型及形成機(jī)理，并對弛豫特性及溫敏效應(yīng)進(jìn)行了初步探討。
　　在性能研究方面，本文首先分析了制備導(dǎo)電硅橡膠所需材料的基本性能及主要應(yīng)用，選擇了合適的橡膠基體、導(dǎo)電填料和輔助試劑。其次研究了不同填料配比下導(dǎo)電硅橡膠的導(dǎo)電性和壓阻特性，研究表明：當(dāng)填料總量一定時(shí)，與炭黑作單一填料相比，銅粉填料的添加

3、可以提高導(dǎo)電硅橡膠的導(dǎo)電性，并且降低了炭黑的含量；另外，當(dāng)炭黑和銅粉混合填充時(shí)，導(dǎo)電硅橡膠的壓阻效應(yīng)與銅粉的含量有關(guān)，通過分析確定了當(dāng)炭黑含量為18％，銅粉含量為8%或12%時(shí)制備的導(dǎo)電硅橡膠試樣具有良好的導(dǎo)電性和較寬的壓阻測量范圍。最后通過弛豫特性實(shí)驗(yàn)研究了試樣在不同恒定壓力下的弛豫現(xiàn)象，并分析了弛豫現(xiàn)象的形成機(jī)理及主要影響因素，結(jié)果表明：在恒定壓力下，銅粉含量的增加，減小了電阻值的弛豫時(shí)間和弛豫幅度。
　　在傳感器設(shè)計(jì)方面，本

4、文首先在導(dǎo)電硅橡膠導(dǎo)電特性研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于壓阻效應(yīng)的柔性陣列式壓力傳感器，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。其次，實(shí)驗(yàn)測試了傳感單元的壓阻特性及其在連續(xù)壓力作用下的時(shí)間響應(yīng)，并利用二次曲線擬合建立了傳感單元的壓阻模型。最后，對柔性陣列式壓力傳感器的測量電路進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并測試了傳感器模型的準(zhǔn)確性和分析了誤差的主要影響因素。
　　通過實(shí)際的研究表明，本文以炭黑和銅粉為導(dǎo)電填料制備的導(dǎo)電硅橡膠復(fù)合材料，相對于炭黑作為單一填料，具有較好的導(dǎo)電