炭黑-銅粉填充導電硅橡膠壓阻特性及其傳感器研究.pdf

1、導電硅橡膠是一種新型的功能材料，電導率一般介于絕緣體和金屬體之間，具有獨特的壓阻特性和機械性能，可用于柔性壓力傳感器的敏感材料，實現(xiàn)復雜曲面的應力測量。本文以炭黑和銅粉為導電填料，對不同填料配比下的導電硅橡膠的壓阻特性進行了理論分析和實驗研究，并在此基礎(chǔ)上設計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電橡膠目前幾種比較經(jīng)典的導電機理，即導電通路理論、隧道效應理論和場致發(fā)射理論。其次闡

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

3、可以提高導電硅橡膠的導電性，并且降低了炭黑的含量；另外，當炭黑和銅粉混合填充時，導電硅橡膠的壓阻效應與銅粉的含量有關(guān)，通過分析確定了當炭黑含量為18％，銅粉含量為8%或12%時制備的導電硅橡膠試樣具有良好的導電性和較寬的壓阻測量范圍。最后通過弛豫特性實驗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間和弛豫幅度。
　　在傳感器設計方面，本

4、文首先在導電硅橡膠導電特性研究的基礎(chǔ)上，設計了基于壓阻效應的柔性陣列式壓力傳感器，并進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。其次，實驗測試了傳感單元的壓阻特性及其在連續(xù)壓力作用下的時間響應，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行了系統(tǒng)設計，并測試了傳感器模型的準確性和分析了誤差的主要影響因素。
　　通過實際的研究表明，本文以炭黑和銅粉為導電填料制備的導電硅橡膠復合材料，相對于炭黑作為單一填料，具有較好的導電