[發明專利]導電復合材料

有效

• 申請號: 201680073370.5
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN108474697B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: D·盧塞
• 申請（專利權）人: D·盧塞
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20;H01C10/10;H01C10/30;H01G4/20;H01B1/22
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標事務所(普通合伙) 44240
• 代理人: 金輝

一種壓敏導電復合材料包括一定含量的磁鐵礦顆粒，其中磁鐵礦顆粒的量包括在亞微米至數十微米之間的粒度分布，并且其中磁鐵礦顆粒具有多個平面，相鄰的平面在頂點處連接，每個顆粒具有多個頂點，其中磁鐵礦顆粒的形狀不規則并且具有低縱橫比。

技術領域

本發明涉及一種導電復合材料，并特別涉及這樣一種包括呈顆粒形式的磁鐵礦的復合材料。

背景技術

在受到壓縮力或張力時呈現出變化的電阻的導電復合材料是已知的。通常，這些復合材料包括帶有孔洞的顆粒和可通過量子隧穿導電。

量子隧穿描述了當顆粒間距離減小致使相鄰導電顆粒之間的絕緣阻擋層非常薄，以致穿過薄絕緣阻擋層發生量子隧穿的導電機制。填料顆粒中的尖峰和孔洞的存在放大了復合材料內的電場。大的電阻范圍是量子隧穿的結果。

場增強量子隧穿發生在含有孔洞的填料顆粒上。通過考慮假想閉合表面來跟蹤顆粒上的突起以限定孔洞。如果假想的閉合表面所包圍的體積大于填料顆粒的體積，則表明填料顆粒上存在突起。這些突起是場增強隧穿的來源。場增強的程度取決于突起的數量和尖銳度。本說明書中提到的是外部突起之間的孔洞，而不是中空材料如碳納米管中的孔洞。

帶有孔洞的顆粒是諸如尖刺狀鎳的顆粒。

GB2450587描述了一種導電聚合物復合材料，其包括非導電聚合物粘合劑，帶有孔洞的第一導電填料顆粒和針狀的第二導電填料顆粒。

據稱，GB2450587中描述的發明降低了噪聲并且允許對壓縮與電阻變化之間的關系的更好的控制。

盡管使用導電針狀顆粒允許降低復合材料的起始電阻，但仍然保留起始電阻。此外，盡管使用導電針狀顆?？梢越档驮肼?，但是電信號仍然是有噪聲的，因為噪聲與場增強量子隧穿相關聯。

Weifenfeller，Hoffer和Schilling在(Thermal and Electrical Properties ofMagnetite Filled Polymers,Composites:Part A33(2002)1041-1053,2002年7月1日)中發現，當將僅包含有非常小比例的SiO₂形式的其他物質的特別純天然形式的磁鐵礦(Fe₃O₄)與聚合物粘合劑通過擠出或注射成型混合時，當磁鐵礦加載量大于30體積％，復合材料的電阻率下降，并且當磁鐵礦加載量達到33體積％時達到滲透閾值。

生產對壓力變化敏感、具有寬工作范圍和表現為低噪聲的導電聚合物是所需要的。

令人驚奇的是，已經發現Weifenfeller，Hoffer和Schilling使用的僅包含有非常小比例的SiO₂形式的其他物質的特別純天然形式的磁鐵礦(Fe₃O₄)的復合材料，能夠產生具有增強的性能特征的壓敏導電復合材料。該發明采用的磁鐵礦形式通常包含最少98.1％的磁鐵礦和最多0.3％的SiO₂。

此外，已經發現，通過將上述特定形式的磁鐵礦與不同形狀的顆粒例如導電材料的樹枝狀或球形顆?；旌?，可以獲得更大的性能特征的增強。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種壓敏導電復合材料，其包括一定含量的第一導電顆粒，該第一導電顆粒是磁鐵礦顆粒，其中磁鐵礦顆粒的量包括在亞微米和數十微米之間的粒度分布，并且其中磁鐵礦顆粒具有多個平面，相鄰的平面在頂點處連接，每個顆粒具有多個頂點，其中磁鐵礦顆粒的形狀不規則并具有低縱橫比。

導電復合材料的電阻根據施加至其上的壓力而變化，電阻隨著施加壓力的增大而減小并隨著施加壓力的減小而增大。

優選地，當復合材料收到施加的壓力時，其電阻在沒有壓力的靜態和導電狀態之間變化。優選地，復合材料在靜態時表現為絕緣體。