碳系敏感材料的拉伸特性及柔—彈性傳感器研究.pdf

1、本文主要分析了碳系敏感材料的拉伸力學(xué)特性和拉伸-電阻特性。通過(guò)GEM模型分析和驗(yàn)證了炭黑/硅橡膠材料在拉伸過(guò)程中的電阻變化機(jī)理,揭示了炭黑/硅橡膠材料拉伸傳感器的工作原理?；谔枷得舾胁牧系膲鹤杼匦院屠?電阻特性設(shè)計(jì)了一種柔-彈性陣列傳感器,用于機(jī)器人關(guān)節(jié)等復(fù)雜部位。
　　在硅橡膠中填充不同種類和不同組分的碳系導(dǎo)電材料,制備多組柔性導(dǎo)電復(fù)合材料。通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn),分別分析了多組碳系復(fù)合材料的拉伸力學(xué)特性和拉伸-電阻特性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合

2、微觀圖對(duì)比了多組材料的拉伸率、拉伸量程、靈敏度、線性度等。
　　基于導(dǎo)電通路理論的GEM模型,分析了炭黑/硅橡膠材料拉伸過(guò)程中電阻率和電阻幾何系數(shù)對(duì)“正拉力-電阻特性”(PTCR)的影響。通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn),表明炭黑/硅橡膠材料的拉伸-電阻特性與填料的體積分?jǐn)?shù)及拉伸長(zhǎng)度相關(guān),在一定的拉伸范圍內(nèi)(40％),當(dāng)炭黑的含量在滲流閾值附近時(shí),電阻率的增大對(duì)PTCR效應(yīng)占主導(dǎo)。隨著炭黑體積分?jǐn)?shù)的增大,電阻幾何系數(shù)在PTCR效應(yīng)中起主導(dǎo)作用。在一

3、定填料含量范圍內(nèi),PTCR效應(yīng)也與拉伸長(zhǎng)度有關(guān),隨著拉伸長(zhǎng)度的增大,PTCR效應(yīng)由電阻幾何系數(shù)的變化占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮杪实淖兓贾鲗?dǎo)。
　　基于炭黑/硅橡膠的拉伸-電阻特性及壓阻特性,設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于機(jī)器人皮膚,能夠測(cè)量壓力和拉伸量的柔-彈性陣列傳感器。設(shè)計(jì)并制備彈性電極結(jié)構(gòu)的陣列傳感器,使觸覺(jué)陣列傳感器可拉伸并彎曲,實(shí)現(xiàn)了傳感器陣列的柔-彈性。同時(shí)將拉伸傳感器嵌入壓力傳感器陣列中,制成一種新型的用于機(jī)器人皮膚的多功能柔-彈性傳感器