【摘要】：壓阻型力傳感器在人類生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要的作用。常見的壓阻傳感器類型主要有金屬電阻應(yīng)變片式、無機(jī)導(dǎo)電材料應(yīng)變片式以及導(dǎo)電聚合物型壓阻傳感器,其中導(dǎo)電聚合物型壓阻傳感器因其制作簡單,成本低廉,易加工,耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)使用最為廣泛。除常見類型的壓阻傳感器外,近年來,新型壓阻傳感器越來越引起人們的重視,特別是不同結(jié)構(gòu)的柔性傳感器。本文分別選取導(dǎo)電聚合物型的炭黑/硅橡膠壓阻傳感器以及CB@PU網(wǎng)絡(luò)新型壓阻傳感器為研究對象,從工作原理、制備流程以及性能測試等方面進(jìn)行探索,并對壓阻傳感器結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。具體研究內(nèi)容如下:1.制備了炭黑/硅橡膠壓阻傳感器,通過大量的實(shí)驗(yàn),獲得了合適的材料配比,并討論了導(dǎo)電炭黑種類對壓阻硅橡膠導(dǎo)電性能的影響;研究了炭黑填料種類和添加量對實(shí)驗(yàn)樣品壓阻特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)填料粒徑越小,制備出的樣品導(dǎo)電性能越好,添加超導(dǎo)電炭黑的壓阻硅橡膠電導(dǎo)率要好于添加普通炭黑的壓阻硅橡膠;炭黑填料的添加量越大,壓阻特性越好,材料靈敏度越高;壓阻硅橡膠樣品在不同壓力區(qū)間的靈敏度不同,壓阻硅橡膠的壓阻特性因其填料種類和性能的不同而不同,這些都為導(dǎo)電聚合物型壓阻傳感器的進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。2.從壓阻傳感器的性能和結(jié)構(gòu)優(yōu)化入手,設(shè)計并制備了CB@PU網(wǎng)絡(luò)壓阻傳感器,對該傳感器的導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)分析,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。推導(dǎo)出導(dǎo)電機(jī)理的理論公式,討論了影響傳感網(wǎng)絡(luò)性能的因素。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和材料選擇兩方面提出了優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)的條件,探討了PU紗線的線密度與網(wǎng)絡(luò)致密度兩個因素對傳感器性能的影響,優(yōu)選出最佳制備工藝。研究發(fā)現(xiàn),在微壓范圍(0-140 Pa),線密度大的PU紗線網(wǎng)絡(luò)顯示出較高的靈敏度,在其余的壓力范圍(140 Pa-20 kPa),PU紗線的線密度越小,傳感網(wǎng)絡(luò)靈敏度越高。3.對優(yōu)選出的炭黑/硅橡膠壓阻傳感器和CB@PU網(wǎng)絡(luò)壓阻傳感器進(jìn)行電學(xué)性能與力學(xué)性能的系統(tǒng)測試,分別測試了他們的壓阻特性、靈敏度、遲滯性、可重復(fù)性、響應(yīng)時間以及可壓縮性,對炭黑/硅橡膠壓阻傳感器的性能進(jìn)行了全面的分析和探索,為導(dǎo)電聚合物型壓阻傳感器的研究提供了依據(jù);同時,測得CB@PU傳感網(wǎng)絡(luò)具有超過97%的壓縮率,高達(dá)10000次的可重復(fù)性和小于70 ms的響應(yīng)時間,具有25 Pa-20 kPa的寬檢測范圍。證明了該新型結(jié)構(gòu)壓阻傳感器具有優(yōu)異的電學(xué)性能和力學(xué)壓縮性能,具有實(shí)用價值。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ333.93;TP212
【圖文】：

圖 2.1 樣品照片F(xiàn)igure.2.1 Photo of samples 制備工藝本實(shí)驗(yàn)采用溶液共混法制備炭黑填充型壓阻硅橡膠，按照一定的配比將導(dǎo)米 SiO2溶于助劑中，使其混合均勻，加入偶聯(lián)劑攪拌 10 min，加入硅橡7 室溫硫化硅橡膠，硫化劑正硅酸乙酯，催化劑二月桂酸二丁基錫攪拌使勻，攪拌 10 min，得到粘稠狀物質(zhì)。將得到的粘稠狀物質(zhì)倒在鐵質(zhì)模具中，并且在室溫下靜置 24 h 之后拆開模具，取出導(dǎo)電硅橡膠膜片，裁剪得到合材料。實(shí)驗(yàn)流程圖如圖 2.2 所示。

圖 2.1 樣品照片F(xiàn)igure.2.1 Photo of samples.2 制備工藝本實(shí)驗(yàn)采用溶液共混法制備炭黑填充型壓阻硅橡膠，按照一定的配比將導(dǎo)納米 SiO2溶于助劑中，使其混合均勻，加入偶聯(lián)劑攪拌 10 min，加入硅橡07 室溫硫化硅橡膠，硫化劑正硅酸乙酯，催化劑二月桂酸二丁基錫攪拌使勻，攪拌 10 min，得到粘稠狀物質(zhì)。將得到的粘稠狀物質(zhì)倒在鐵質(zhì)模具中，并且在室溫下靜置 24 h 之后拆開模具，取出導(dǎo)電硅橡膠膜片，裁剪得到合材料。實(shí)驗(yàn)流程圖如圖 2.2 所示。

圖 2.3 CB@PU 壓阻傳感器的制備流程示意圖Figure.2.3 Schematic illustration for preparation of the CB@PU yarn network assemblyprocess圖 2.4 展示了紗線網(wǎng)絡(luò)的具體穿插方式，橫向上以“Z”字母型進(jìn)行纏繞，縱向以“X”字母型進(jìn)行纏繞，這種規(guī)則的纏繞方式確保了紗網(wǎng)內(nèi)紗線的均勻分布，進(jìn)而保證了壓阻傳感器力學(xué)性能和電學(xué)性能的穩(wěn)定。

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本文編號：2753029