压阻型力传感器研究

发布时间：2020-07-13 05:31

【摘要】：压阻型力传感器在人类生产生活中发挥着重要的作用。常见的压阻传感器类型主要有金属电阻应变片式、无机导电材料应变片式以及导电聚合物型压阻传感器,其中导电聚合物型压阻传感器因其制作简单,成本低廉,易加工,耐腐蚀等优点使用最为广泛。除常见类型的压阻传感器外,近年来,新型压阻传感器越来越引起人们的重视,特别是不同结构的柔性传感器。本文分别选取导电聚合物型的炭黑/硅橡胶压阻传感器以及CB@PU网络新型压阻传感器为研究对象,从工作原理、制备流程以及性能测试等方面进行探索,并对压阻传感器结构和性能进行了进一步的优化。具体研究内容如下:1.制备了炭黑/硅橡胶压阻传感器,通过大量的实验,获得了合适的材料配比,并讨论了导电炭黑种类对压阻硅橡胶导电性能的影响;研究了炭黑填料种类和添加量对实验样品压阻特性的影响。研究发现填料粒径越小,制备出的样品导电性能越好,添加超导电炭黑的压阻硅橡胶电导率要好于添加普通炭黑的压阻硅橡胶;炭黑填料的添加量越大,压阻特性越好,材料灵敏度越高;压阻硅橡胶样品在不同压力区间的灵敏度不同,压阻硅橡胶的压阻特性因其填料种类和性能的不同而不同,这些都为导电聚合物型压阻传感器的进一步研究提供了依据。2.从压阻传感器的性能和结构优化入手,设计并制备了CB@PU网络压阻传感器,对该传感器的导电机理进行系统分析,并进行实验验证。推导出导电机理的理论公式,讨论了影响传感网络性能的因素。从网络结构和材料选择两方面提出了优化传感器结构的条件,探讨了PU纱线的线密度与网络致密度两个因素对传感器性能的影响,优选出最佳制备工艺。研究发现,在微压范围(0-140 Pa),线密度大的PU纱线网络显示出较高的灵敏度,在其余的压力范围(140 Pa-20 kPa),PU纱线的线密度越小,传感网络灵敏度越高。3.对优选出的炭黑/硅橡胶压阻传感器和CB@PU网络压阻传感器进行电学性能与力学性能的系统测试,分别测试了他们的压阻特性、灵敏度、迟滞性、可重复性、响应时间以及可压缩性,对炭黑/硅橡胶压阻传感器的性能进行了全面的分析和探索,为导电聚合物型压阻传感器的研究提供了依据;同时,测得CB@PU传感网络具有超过97%的压缩率,高达10000次的可重复性和小于70 ms的响应时间,具有25 Pa-20 kPa的宽检测范围。证明了该新型结构压阻传感器具有优异的电学性能和力学压缩性能,具有实用价值。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ333.93;TP212
【图文】：

图 2.1 样品照片Figure.2.1 Photo of samples 制备工艺本实验采用溶液共混法制备炭黑填充型压阻硅橡胶，按照一定的配比将导米 SiO2溶于助剂中，使其混合均匀，加入偶联剂搅拌 10 min，加入硅橡7 室温硫化硅橡胶，硫化剂正硅酸乙酯，催化剂二月桂酸二丁基锡搅拌使匀，搅拌 10 min，得到粘稠状物质。将得到的粘稠状物质倒在铁质模具中，并且在室温下静置 24 h 之后拆开模具，取出导电硅橡胶膜片，裁剪得到合材料。实验流程图如图 2.2 所示。

图 2.1 样品照片Figure.2.1 Photo of samples.2 制备工艺本实验采用溶液共混法制备炭黑填充型压阻硅橡胶，按照一定的配比将导纳米 SiO2溶于助剂中，使其混合均匀，加入偶联剂搅拌 10 min，加入硅橡07 室温硫化硅橡胶，硫化剂正硅酸乙酯，催化剂二月桂酸二丁基锡搅拌使匀，搅拌 10 min，得到粘稠状物质。将得到的粘稠状物质倒在铁质模具中，并且在室温下静置 24 h 之后拆开模具，取出导电硅橡胶膜片，裁剪得到合材料。实验流程图如图 2.2 所示。

图 2.3 CB@PU 压阻传感器的制备流程示意图Figure.2.3 Schematic illustration for preparation of the CB@PU yarn network assemblyprocess图 2.4 展示了纱线网络的具体穿插方式，横向上以“Z”字母型进行缠绕，纵向以“X”字母型进行缠绕，这种规则的缠绕方式确保了纱网内纱线的均匀分布，进而保证了压阻传感器力学性能和电学性能的稳定。

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本文编号：2753029