[發明專利]用于研究導電高分子復合材料壓阻特性的四線測量法

有效

• 申請號: 201310470940.2
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103529299A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 王璐珩
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02;G01L1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于研究導電高分子復合材料壓阻特性的四線測量法，屬于傳感器技術領域。

背景技術

隨著科技的發展，在很多現代工程應用領域都迫切需要能夠完成壓力測量的柔軟傳感器。導電高分子復合材料具有柔軟性和壓阻特性，故而這種復合材料可作為柔軟壓力傳感器的敏感材料。近些年來，很多科研機構都致力于研究基于這種材料的柔軟壓力傳感器。導電高分子復合材料作為一種新型功能材料，其壓阻效應非常復雜，對其壓阻特性與機理的深入研究是成功研制柔軟傳感器的核心與關鍵，因此，導電高分子復合材料壓阻效應研究成為了國際上的研究熱點。目前，絕大多數導電高分子復合材料試樣都采用兩線法測量其壓阻特性，但是，由于導電高分子復合材料與電極之間存在接觸電阻，因此，在壓阻數據獲取時，無法區分接觸電阻與導電高分子復合材料本身的電阻，進而影響對其壓阻特性與機理的研究。有一些研究機構采用四線法對拉伸狀態下的導電高分子復合材料試樣的拉力-電阻特性進行測試與研究，可以有效地減小接觸電阻的不利影響。但是，這種方法無法應用到對壓縮狀態下的導電高分子復合材料壓阻特性的測量。因此，為了更準確地研究導電高分子復合材料的壓縮壓阻特性，進而提高基于這種材料的柔軟壓力傳感器的測量精度，亟需一種既能夠有效地消除接觸電阻的不利影響，又能夠適用于導電高分子復合材料在壓縮過程中的壓阻特性測量的方法。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種用于研究導電高分子復合材料壓阻特性的四線測量法。本發明所述的四線測量法是基于一種包括兩個電流端和兩個電壓端的四線式壓阻試樣，該元件由底層組件、中間層組件和頂層組件三部分構成；測量四線式壓阻試樣壓阻特性時，將施力壓塊放置在頂層組件之上，將四線式壓阻試樣的兩個電流端接到恒流源、將四線式壓阻試樣的兩個電壓端接入具有高輸入阻抗的電壓測量裝置，這種連接方式可消除接觸電阻對測量精度帶來的不利影響，從而更準確地研究導電高分子復合材料的壓阻特性與機理，進而為研制基于導電高分子復合材料的柔軟壓力傳感器提供技術基礎和理論依據。

本發明所述的四線式壓阻元件的制備方法，包括以下步驟：

(1)、底層組件是通過在一塊絕緣剛性板上覆合正方形銅箔電極制備而成，該銅箔電極即作為四線式壓阻試樣的第一個電流端；中間層組件是通過在一塊中心部位具有矩形通透槽的絕緣剛性板中設置一根金屬引線制備而成，矩形通透槽的寬度與底層組件的正方形銅箔電極的邊長相同，矩形通透槽的長度比底層組件的正方形銅箔電極的邊長略長，所述金屬引線在靠近矩形通透槽的一側伸出一部分，伸出部分的長度與底層組件的正方形銅箔電極的邊長之和等于中間層組件的矩形通透槽的長度，該金屬引線即作為四線式壓阻試樣的第一個電壓端；頂層組件是通過在一塊絕緣剛性板上覆合兩部分互相絕緣的電極制備而成，絕緣剛性板的底面為矩形，其長和寬與中間層組件的矩形通透槽相同，兩部分互相絕緣的電極分別作為四線式壓阻試樣的第二個電流端和第二個電壓端；頂層組件的電流端為正方形銅箔電極，其邊長與底層組件的正方形銅箔電極的邊長相同；頂層組件的電壓端為靠近絕緣剛性板邊緣位置的金屬引線，該電壓端略超出頂層組件底面；

(2)、將底層組件和中間層組件疊放在一起，且保證底層組件的正方形銅箔電極的一側與中間層組件的矩形通透槽的一個邊緣重合；將一塊有機玻璃切割成長方體，該長方體型有機玻璃底面為正方形，邊長與底層組件的正方形銅箔電極的邊長相同，高度與中間層組件的矩形通透槽的高度相同，將長方體型有機玻璃放入中間層組件的矩形通透槽中，且保證所述長方體型有機玻璃的底面與底層組件的正方形銅箔電極完全重合；將聚二甲基硅氧烷、交聯劑和有機溶劑按一定比例混合，在機械攪拌的作用下形成聚二甲基硅氧烷膠狀物，將其灌入長方體型有機玻璃和中間層組件的矩形通透槽之間的縫隙處，待聚二甲基硅氧烷硫化成型后，抽離長方體型有機玻璃；在硫化后的二甲基硅氧烷薄層的頂端位置開豁口，其尺寸與頂層組件上的電壓端超出頂層組件底面的部分的尺寸相同；