[發(fā)明專利]一種用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610058203.5
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105647030A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李大軍;徐行濤;方斌
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市慧瑞電子材料有限公司
• 主分類號: C08L23/16
• 分類號: C08L23/16;C08L9/02;C08L11/00;C08L83/07;C08L25/06;C08L7/00;C08L79/02;C08K3/04;C08K3/08;H01B1/20;H01B1/22;H01B1/24
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

應(yīng)變型傳感器是一種能將機械形變信息轉(zhuǎn)換成電阻或電容等電信號輸出的一種裝置。1885年英國物理學(xué)家開爾文發(fā)現(xiàn)金屬在承受壓力(拉力或扭力)后產(chǎn)生機械形變的同時，電阻值也發(fā)生特征性的變異，稱為應(yīng)變-電阻效應(yīng)。受此啟發(fā)，人們從電阻值的變化量得出材料受力的特征和量值，從而制造出所謂的應(yīng)變傳感器，主要包括壓力應(yīng)變傳感器和拉力應(yīng)變傳感器。目前，金屬、金屬合金及具有壓阻效應(yīng)的半導(dǎo)體材料成為應(yīng)變型傳感器敏感單元的主要敏感材料，得到了非常廣泛的應(yīng)用。隨著科技的快速發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)檢測、康復(fù)醫(yī)療、智能機器人、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)測量，不但要求傳感器要具備良好的應(yīng)變-電阻特性，而且要有優(yōu)秀的柔韌性能。由于金屬、金屬合金及半導(dǎo)體材料本身彈性模量的限制，金屬式或半導(dǎo)體式電阻應(yīng)變傳感器存在以下缺點：柔性差、力學(xué)量變化幅度較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。所以傳統(tǒng)型的金屬式或半導(dǎo)體式電阻應(yīng)變傳感器在這些領(lǐng)域的應(yīng)用就受到了限制，不能滿足當(dāng)前科技發(fā)展的要求。因此，開發(fā)一種新的柔韌性優(yōu)良的應(yīng)變型傳感器以滿足新的領(lǐng)域?qū)鞲衅魅犴g性的要求成為當(dāng)前技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展的迫切要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料，旨在解決現(xiàn)有金屬型、金屬合金型或半導(dǎo)體型應(yīng)變傳感器柔性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料的制備方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料，包括如下重量份數(shù)的下列組分：

橡膠基體100份；

導(dǎo)電填料5-200份；

且所述導(dǎo)電橡膠材料通過將導(dǎo)電性填料分散在橡膠材料中、經(jīng)電子束或γ射線輻射交聯(lián)制成。

相應(yīng)地，一種用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料的制造方法，包括以下步驟：

按照上述用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料的配方稱取各組分；

將各組分進行混煉處理，得到混煉膠；

將所述混煉膠進行成型處理；

采用電子束或γ射線輻射的方法對經(jīng)過成型處理的樣品進行交聯(lián)，得到具有應(yīng)變-電阻效應(yīng)的導(dǎo)電橡膠。

以及，一種應(yīng)變型傳感器，包括敏感單元和設(shè)置在所述敏感單元兩端的金屬電極，所述敏感單元由上述用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料制成。

本發(fā)明提供的用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料，由導(dǎo)電性填料分散在橡膠材料中經(jīng)電子束或者γ射線輻射交聯(lián)制成，相對于采用硫磺或有機過氧化物作交聯(lián)劑的化學(xué)交聯(lián)法，具有生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小、交聯(lián)密度容易控制以及導(dǎo)電橡膠電阻分布窄的優(yōu)點。

所述導(dǎo)電橡膠材料具有良好的柔性和彈性，能夠產(chǎn)生較高的機械形變量。具體的，所述導(dǎo)電橡膠材料在拉力作用下可以產(chǎn)生100％以上的拉伸形變，在壓力作用下可以產(chǎn)生50％以上的壓縮形變。進一步的，本發(fā)明所述導(dǎo)電橡膠材料在外力作用下產(chǎn)生形變的同時，其電阻值和電容均發(fā)生變化，即能夠同時產(chǎn)生應(yīng)變-電阻效應(yīng)和應(yīng)變-電容效應(yīng)，且應(yīng)變-電阻效應(yīng)和應(yīng)變-電容效應(yīng)趨勢相反。更具體的，本發(fā)明所述導(dǎo)電橡膠材料在拉力或壓力作用下其電阻隨著拉伸形變增加不斷下降，呈現(xiàn)負電阻-應(yīng)變效應(yīng)，如當(dāng)傳感器的形變量為30％時其電阻值產(chǎn)生至少5倍的變化，其變化甚至可高達100倍以上；所述導(dǎo)電橡膠材料拉力或壓力作用下其電容值隨著形變增加不斷增加，呈現(xiàn)正電容-應(yīng)變效應(yīng)，如當(dāng)傳感器的形變量為30％時其電容值產(chǎn)生至少10倍的變化，其變化甚至可高達500倍以上。且本發(fā)明所述導(dǎo)電橡膠材料具有良好的信號靈敏性和穩(wěn)定性，其電阻率介于5.0×10²-1.0×10¹⁰Ω.cm之間，特別適用于作為應(yīng)變性傳感器(如拉力和壓力應(yīng)變型傳感器)的敏感單元材料。

本發(fā)明所述導(dǎo)電橡膠材料的制備方法，采用電子束或γ射線輻射進行交聯(lián)，可以通過控制吸收劑量隨意的調(diào)控橡膠的交聯(lián)度，且電子束或γ射線可以穿透橡膠膠層，使得橡膠整體交聯(lián)度一致均勻；所述橡膠導(dǎo)電材料用作傳感器敏感單元材料時，可以實現(xiàn)應(yīng)變型傳感器的電阻值的分布的一致性，特別是電阻電容等電信號在外力作用下的變化的靈敏性、穩(wěn)定性、回復(fù)性等性能。此外，本發(fā)明方法簡單可控，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。