压敏金属-高分子复合材料

摘要

我们采用新工艺,研制出一种新型镍粉.硅橡胶复合材料。与英国压敏橡胶材料QTC相比,这种新型复合材料在很大程度上提高了电阻对压力的敏感性,电学性能所有改良。镍粉填料含量减小的直接结果是降低了合成材料的成本,因为在原材料中,金属粉末的价格最高。减少金属填料也意味着复合材料密度减小,弹性增强。密度相对较低的材料更适合于在航空航天领域应用。另外,金属填料减少可以大大提高复合材料的击穿场强。击穿场强是衡量材料的电学性能的重要参数之一。制作工艺简单为降低材料市场价格和大规模生产提供可行条件。本文对新型压敏金属-高分子复合材料的制备工艺,电学性能进行研究。 本实验采取室温固化法以模具硅胶为基体材料,200目镍粉为填充材料制备压敏金属-高分子复合材料。镍粉与基体材料的重量比例介于3:1到1.5:1之间。我们分别四引线法、两引线法测量样品的压阻效应、I-V特性及介电特性。 研究结果表明： (1)新型复合材料在不受压力时电阻率非常高,是良好的绝缘材料；随着压力的增加,材料的电阻率减小,当压力达到一定值时,材料的电阻率下降到接近于金属导体的电阻率。一块4×4×1mm大小的样品在一定压力下其电阻可以从1012Ω下降到0.1Q;在500g力的作用下,样品的电阻可以下降10个数量级。根据需要,可以用改变金属粉末的填充量来改变材料对压力的敏感性。 (2)样品的金属填料填充量越接近渗透阈值,样品电阻对压力越敏感,不同金属填充量材料的导电机理不相同。填充粒子在复合材料中的分散越好,被测样品厚度越小,样品对压力的敏感性就越好。另外,复合材料有明显电阻的蠕动现象。 (3)置之于磁场中复合材料样品的电阻随着磁场的增大而有所减小；在常温下,样品的电阻没有明显变化,当外界温度达到一定温度后,样品电阻突然变大,显示出正温度系数特性。 (4)通过对复合材料的伏安特性的研究发现：样品的非线性的伏安特性取决于填料含量,外加压力和样品通过的最大电流。外加压力较小时,复合材料的伏安特性与纯高分子材料相似。当外加电压达到一定值时,通过样品的电流会突然增大,即出现击穿现象。击穿后样品的I-V特性曲线呈直线。材料的击穿场强随着金属粒子填充量的增加而减小。 (5)在同一压力下,样品的介电常数实部随着频率的增加而减小,虚部随着频率的增加没有很大变化：在同一频率下(<5×106Hz),样品的介电常数实部和虚部都随压力的增加而增加。当频率高于5×106Hz时,介电常数的实部和虚部都突然间小,特别是在压力比较大时,这种现象更为明显,这主要是由于趋肤效应造成。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第二章压敏金属-高分子复合材料的研究现状

2.1概述

2.2 QTC简介

2.3压敏金属-高分子材料的潜在应用和预期经济效益

第三章压敏金属-高分子复合材料的实验技术和导电机理

3.1压敏金属-高分子复合材料的实验技术

3.1.1压敏金属-高分子复合材料的原材料的选取

3.1.2压敏金属-高分子复合材料的原材料的加工工艺

3.2测量压敏金属-高分子复合材料的实验技术简介

3.3压敏金属-高分子复合材料的导电机理

第四章压敏金属-高分子复合材料电学性能的测量

4.1新型压敏金属-高分子复合材料与QTC的对比

4.2压力与压缩量的关系

4.3压阻特性

4.3.1填料填充量对压力-电阻关系的影响

4.3.2分散剂对压力-电阻关系的影响

4.3.3电阻的蠕动现象

4.3.4冲量以及温度对样品电阻的影响

4.3.5增加和减小压力时时样品电阻的变化

4.4电流-电压特性

4.4复合材料在磁场中的电学特性

4.5小结

第五章压敏金属-高分子复合材料介电性能的研究

5.1复合材料的介电常数

5.1.1介电常数的概念

5.1.2复合材料的介电常数

5.1.3测量样品介电常数的实验与讨论

5.2介电损耗

5.2.1介电损耗的概念

5.2.2介电损耗的测量

5.3小结

第六章总结

6.1总结

6.2前景与展望

6.2.1工艺方面

6.2.2测量性能方面

6.2.3应用方面

参考文献

致谢

攻读硕士期间的研究成果