基于碳纳米管填充高分子复合材料的压敏元件初步研究

摘要

导电高分子复合材料电阻值随着外加压力的变化而变化，可作为压力传感器所使用的敏感材料。压力传感器敏感材料应具有较好的重复性、柔性且与接触材料匹配。碳纳米管具有良好的导电性，具有不同的长径比，种类较多。少量的碳纳米管作为导电相填充到聚合物基体中即可形成导电网络，保证了高分子复合材料的柔韧性和压阻灵敏度，使碳纳米管填充高分子复合材料成为压阻复合材料研究的新方向。
　　本课题研究的主要内容包括:
　　(1)复合材料的制备，以多壁碳纳米管为填充导电相，以室温硫化硅橡胶为基体相，采用溶液共混法，机械搅拌的同时辅以超声波分散处理，制备柔韧性良好的压阻复合材料。
　　(2)设计实时自动测试系统，采用C8051F330作控制电路芯片，采集复合材料的电压信号，经过A/D转换，通过串口传到上位机PC，再进行处理、分析、保存及显示。
　　(3)实验数据分析，初步分析了碳纳米管填充硅橡胶复合材料导电性的机理，解释了复合材料的导电机理;分析了碳纳米管的长径比对压阻复合材料的影响、复合材料压阻特性的回程误差以及压阻转换算法。
　　(4)传感器敏感元件初步研究，设计了阵列式传感器的具体结构，设计传感器探头扫描电路、信号调理放大电路;并且通过实验分析，得出导电高分子复合材料的压阻转换算法。
　　本文的研究结果为碳纳米管填充高分子复合材料的压阻特性的研究提供理论和实验依据，为研制基于高分子复合材料的柔性压力传感器提供技术基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题提出背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 柔性传感器种类

1．2．2 高分子复合材料的制备方法

1．3 高分子复合材料压阻效应的研究状况

1．3．1 导电高分子压阻复合材料研究状况

1．3．2 新型高分子复合材料压阻特性研究状况

1．4 高分子复合材料的导电性

1．4．1 高分子复合材料导电机理

1．4．2 高分子复合材料渗流效应

1．4．3 高分子复合材料压阻效应

1．5 本论文研究的目的、意义及内容

1．5．1 研究课题的目的、意义

1．5．2 主要研究内容

第2章 碳纳米管高分子复合材料制备

2．1 高分子复合材料制备仪器

2．2 实验材料

2．2．1 高分子复合材料填充导电材料选择

2．2．2 高分子复合材料制备材料选择

2．3 复合材料试样制作过程

2．4 本章小结

第3章 测试平台搭建

3．1 力学测试平台

3．1．1 高分子复合材料的压阻特性测试方法

3．2 电学测试平台总体设计

3．2．1 检测系统控制模块

3．2．2 监测系统串口通讯模块

3．2．3 监测系统电源电路模块

3．2．4 监测系统采集模块

3．3 电学测试平台软件部分

3．3．1 A／D验证程序设计

3．3．2 LED验证程序设计

3．3．3 系统程序设计

3．4 本章小结

第4章 实验数据分析

4．1 碳纳米管／硅橡胶复合材料的压阻特性

4．2 碳纳米管／硅橡胶复合材料恒压下电阻时间特性

4．3 碳纳米管／硅橡胶复合材料压阻特性回程误差

4．4 不同长径比的碳纳米管-硅橡胶复合材料压阻特性

4．5 碳纳米管-硅橡胶复合材料电阻时间特性重复性

4．6 本章小结

第5章 阵列式柔顺传感器初步研究

5．1 柔性阵列式压力传感器设计原理

5．2 柔顺传感器压阻算法初步分析

5．3 总结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢