导电橡胶力敏传感器研究进展
用于接触压力测量的柔性力敏导电胶研究
重 墓 箜！ 垡王壁
量塑鲞丝 墼量皇 壅 壁
用 于 接 触 压 力 测 量 的 柔 性 力 敏 导 电 胶 研 究
黄 英 高 峰学 理学 院 ， １合 安徽 合 肥 ２ ０ ０ ； ． 肥 工业 大学 仪 器科学 与光 电工 程学 院 ， 徽 合 肥 ２ ０ ０ ） ３０ ９２合 安 ３ ０ ９
高分 子导 电复合 材 料 的 导 电机 理 比较 复 杂 ， 目前 高分 子导 电复 合 材料 的 导 电机 理 比较 流行 的有 ３个 理
论 ：１ 宏 观 的渗 流 理 论 ， 导 电通 道 学 说 ； ２ 微 观 量 （） 即 （）
１ 引 言
对各种 接触 压力 分 布 的测 量 与 分 析 ， 在许 多行 业 的研 究和发 展 中起着 极其 重要 的作用 。如 测量 人 体对 座椅 的接触 压力 分 布 ， 轮胎 与地 面 的 接 触 轮廓 和压 力 分布 ， 门密封 条 在 关 门时 的 受 力 分 布 。 接触 压力 在 车
工触 觉皮 肤一 项 重 要 性 能 的柔 性 化 ， 已成 了近 年来 也 触觉 传感 技术 发 展 的又 一 研 究 趋 势 ， 即要求 传感 器 即
有大 面积 的 压 力 敏 感 性 能 ， 要 有 一 定 的柔 软 性Ｌ 。 又 ２ ］
本文 中提 到 的新 型 柔 性 力 敏 导 电胶 由 于 具有 价 格 便 宜， 设计 简单 ， 于实 现 多点 测量 等优 点可 在接触 压力 易 测量 中作 为一 种 较 为理 想 的新型 敏感材 料Ｌ 。 ３ ］
术在基 础上 主要 受 新 的 敏 感 机 理 和 敏 感 材 料 的 限制 。
在制 造上受 现有材 料科 学 和制 造加 工 技术 和工 艺 等 限 制， 可供 接触 压力 特 别 是 柔 顺 接 触 压 力 研 究 的敏 感 材 料 及其性 能均 有 限 ， 使 触 觉 传 感 器 的 性 能 从 根 本 上 这 受 到 限制Ｌ 。分 析 目前 的研究 现 状 可 知 ， １ ］ 发展 新 原理 ， 新 材料 ， 的敏感 效 应 的 触 觉 传 感 技 术 并 能 同时 满 足 新 阵列化 、 多维力 和柔 性 化 的 要 求 是 目前 急 待 解 决 的 问 题 。接触 压力 测量 的传 感 单 元 阵 列 化 和 高 密度 ， 触 是
柔性感知 小结
新型柔性触觉传感器阵列结构设计及仿真研究机器人触觉传感器的关键之一是能寻找到一种能精确检测出因受接触力后在其表面所产生变化的的敏感材料,新型力敏导电橡胶则是较理想和很有前途的一种材料。
力敏导电橡胶力学性能好,抗干扰性能强,制作的传感器具有很高的分辨率,不仅可以制作实用的单维阵列触觉传感器,而且为机器人控制用的三维力触觉传感器的研制提供了新的思。
1力敏导电橡胶触觉传感器1. 1力信息检测原理从20世纪70~80年代,国外电子工业对导电橡胶制品的需求和应用开始迅速发展。
目前,导电橡胶已被大量广泛地应用到医疗、机器人、军事领域等,作为电磁屏蔽、接地、防静电、EMP、扰动等的应用。
导电橡胶在很宽的温度范围内有出色的物理表现和导电性质。
目前商业化的导电橡胶产品大多数是导电橡胶按键,导电橡胶粘合剂等。
力敏导电橡胶是一种特殊的导电橡胶,它是在绝缘的高分子材料中均匀加入导电粒子(如碳黑)形成的。
它除了具备一般的导电橡胶的特点外,还具有较好的力学性能。
在不受力的情况下,材料中的导电粒子彼此不接触,表现为大电阻。
当其受力时,外力改变了力敏导电橡胶中导电粒子的分布,从而改变了材料的电阻。
因此,严格地说,它是一种对应力敏感的导电橡胶,而应力又与形变联系在一起,这样又可以说它是对形变敏感的,这一点对于工程设计尤为重要,为制作力传感器提供了思路。
特别是在机器人触觉传感器中,可利用这种具有压阻特性的导电橡胶进行柔性接触压力的测量。
一种仿生神经元纤维皮肤传感器的研究仿生皮肤结构示意图为了达到仿生皮肤感知触觉(法向力)、滑觉(斜向力)和温觉的功能，在柔性好、耐高温和抗老化的合成橡胶基片上的高分子充水薄膜微球中呈立式放置和缠绕式放置大量的几十微米的PVDF薄膜丝神经纤维束。
由于其压电效应而产生的电荷是X 、Y、Z3方向的轴向应力和切向应力产生电荷的总和，所以它能感觉出三维应力，从而判断触觉、滑觉的大小及应力区域。
An integrated flexible temperature and tactile sensing array using PI-copper films上图为在柔性基体上集成了触觉传感器和温度传感器的人造皮肤的结构图。
导电橡胶复合材料温敏特性研究
导电橡胶复合材料温敏特性研究仉月仙;李斌【摘要】根据导电橡胶复合材料产生温阻效应的物理机理,分析了影响其温敏特性的主要因素,研究了不同导电粒子添加量、基体材料、硫化剂和改性剂等对导电橡胶温度敏感性能的影响规律.制备了具有温敏特性的导电橡胶复合材料;导电粒子填料添加量会改变复合材料的温敏性质,填充量少表现为正温度系数效应,填充量较大则呈现为负温度系数效应,存在转折温度;基体材料的粘度关系到复合材料的温度敏感程度,粘度小、电阻变化范围大、温度敏感度强,反之较弱;不同组分室温硫化硅橡胶基体的温敏特性有很大区别;不同硫化剂对温敏强度有一定影响,添加改性材料对复合材料温敏特性有显著作用.导电橡胶可作为温度传感器的敏感材料.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)012【总页数】5页(P6-10)【关键词】导电橡胶;温阻效应;温敏特性;温度传感器【作者】仉月仙;李斌【作者单位】昆明理工大学城市学院,云南昆明650051;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TM215.2;TP212.1将导电粒子均匀分散在橡胶基质中制成的复合材料，其体系电阻会随着外界温度的变化而变化，表现出一定的温敏特性，可作为一种新型温度传感器的敏感材料。
导电填料的种类以及添加量、填料的分散度、基体材料、制备工艺、纳米改性材料的添加等都会影响导电橡胶复合材料的温敏特性。
谢泉等人[1,2]通过研究提出，复合型导电硅橡胶的电阻率与外界温度有一定关联性，且导电填料的多少影响到电阻的温敏效应；田合雷、刘平等人[3～5]分析了温度敏感导电炭黑/橡胶的工作原理, 认为基体的体积膨胀导致炭黑体积分数被稀释的过程对正电阻—温度系数效应存在重要影响, 且建立了相应的电阻—温度计算模型；唐婷[6]测试了多种固化剂对炭黑填充环氧树脂复合材料的温阻特性，发现使用不同固化剂复合材料的正温度系数强度不同；沈烈[7]采用炭黑和碳纤维填充双组分聚合物，提出所形成的双渗流导电网络可有效抑制负温度系数效应；同样添加碳纤维，刘卓典[8]发现复合材料的电阻率在温度变化过程中随着碳纤维含量的增加且呈非线性，阻温曲线存在回滞环；李阳[9]以多壁碳纳米管(MWCNTs)及石墨烯为填料制备了导电复合材料，研究了多壁碳纳米管的添加量对复合材料电阻率随温度升高或降低过程中的变化规律；国外学者Farid E T[10]研究发现,导电填充型三元乙丙橡胶随着温度的升高先呈现负温度系数效应，后呈现正温度系数效应，而添加TiC陶瓷粉可形成稳定的微观结构，从而降低温度敏感性。
基于EIT技术的柔性触觉传感器的设计
基于EIT技术的柔性触觉传感器的设计程文芳;王晓杰;董帅【摘要】随着机器人技术的日益发展，柔性传感器在机器人皮肤上的应用也得到了新的发展。
本文提出并研究了一种基于导电聚合物压敏电阻效应的柔性触觉传感器的设计，使用由聚二甲基硅氧烷PDMS（Poly Di Methyl Siloxane）和多壁碳纳米管（MWCNTs）混合而成的导电橡胶作为传感器主体，运用EIT（Electrical Impedance Tomography）技术，设计并制作了本系统的硬件电路，并用其检测、传输导电橡胶的边缘电势数据。
最后在计算机中应用工具包EIDORS进行有限元模型和图像重构技术，有效且直观的将导电橡胶上的受力位置表现出来。
实验对1~3个目标分别进行了成像，证明了本设计的可行性。
%The rapid development of robot technology has led to new applications of soft sensors for robotic sensitive skin. In this paper we present a study on the design of flexible tactile sensor based on the piezoresitivity of a new conductive polymer which has been developed by ourselves. The conductive polymer is made by blending PDMS (polydimethylsiloxane,polydimethylsiloxane)with a small amount of multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs) which has a high sensitivity in resistance-pressure response. The Electrical Impedance Tomography(EIT)is used to create the flexible tactile sensor. The peripheral hardware circuits based on EIT are designed and manufactured. The data obtained from hardware circuits is processed by computer. The finite element modeling and image recon⁃structue has been performed with a toolkit calledEIDORS. The experiment has been carried out to successfully identify the positions of the targets in 1~3 goals when touching on the sensor surface.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2016(029)002【总页数】6页(P155-160)【关键词】柔性触觉传感器;EIT;导电橡胶;EIDORS【作者】程文芳;王晓杰;董帅【作者单位】中国科学技术大学自动化系，合肥230027; 中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所，江苏常州213164;中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所，江苏常州213164;中国科学技术大学自动化系，合肥230027; 中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所，江苏常州213164【正文语种】中文【中图分类】TP212.1随着传感器技术的不断发展，适用于机器人“皮肤”的柔性触觉传感系统引起了人们的广泛关注。
基于导电橡胶的柔性压力温度复合感知系统
传感器与微系统（ Transducer and Microsystem Technologies）
２０１５ 年 第 ３４ 卷 第 １０ 期
ＤＯI：１０. １３８７３ / J. １０００—９７８７（２０１５）１０—０１００—０４
基于导电橡胶的柔性压力 / 温度复合感知系统*
田合雷1 ，刘 平2 ，郭小辉2 ，刘彩霞2 ，黄 英1，2
针对智能机器人皮肤研究过程中压力和温度信息的同
收稿日期：２０１５—０７—０８ *基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１４０１１４１，６１４７１１５５）；安徽省自然科学基金资助项目（１５０８０８５QF１１５）
第 １０ 期
田合雷，等：基于导电橡胶的柔性压力 / 温度复合感知系统
101
步测量，研究小组在文献［１１］中采用碳纳米管 / 炭黑 / 硅橡 胶和碳纤维 / 硅橡胶分别制作了力和温度敏感材料，并设计 了一种柔性三维力 / 温度复合传感器阵列信号采集与温度 补偿系统。在前一工作的基础上，为进一步简化传感单元 的制作和提高传感器阵列的分辨率，使传感器的压力和温 度检测达到更高程度的复合，本文采用导电石墨烯 / 炭黑 / 橡胶同时制作压力和温度敏感单元，并设计相应的信号采 集电路与程序，实时检测压力和温度信息。 1 压力 / 温度敏感导电橡胶 1. 1 炭黑 / 橡胶的电阻—压力 / 温度特性
２００９ 年，国立台湾成功大学林裕城研究小组利用丝网印刷 技术，制作了以炭黑 / 酚醛树脂作为压力敏感单元的压阻阵 列，对来自人手的压力进行了检测［４］。２０１１ 年，斯坦福大 学鲍哲南研究小组将碳纳米管的悬浮液喷涂到有机硅材料 的表面，经双向 拉 伸 后，碳 纳 米 管 会 形 成 类 似 弹 簧 的 微 结 构，但仍保持着原来的导电性能［５］。本项目组与中科院合 肥智能所合作开展柔性多维力触觉传感皮肤研究较早，在 柔性触觉传感器研究方面已取得较多成果［６ ～１０］。可见，目 前大部分研究集中于压力测量，对压力 / 温度的同步测量研 究较少。
导电橡胶复合材料压力传感特性研究
根据 实 验 条 件 这 里 采 用 溶 液 共 混 法 制 备 导 电 橡 胶， 所用 材料 包括 基 体 材 料 、 导 电填 料 、 硫化剂 、 助剂、
改性 材 料 等 。基 体 材 料 选 用 单 组 分 室 温 硫 化 硅 橡 胶 ＧＤ ４ ０ １ （ 中昊 晨 光化 工 研 究 院有 限公 司） 、 双 组 分 室 温 硫化 硅 橡胶 １ ０ ７ （ 深圳市红叶硅胶厂） 、 双 组 份 室 温 硫 化硅 橡胶 ＧＭＸ ～ ３ ３ １ Ｄ（ 蓝 星新 材 料 有 限公 司） ， 导 电填 料 为 乙炔导 电炭 黑 （ ４ ０ ～５ ０ ｍ， 北 京博 宇 高 科新 材 料 技术 有 限 公 司） ， 稀 释剂为石油 醚 （ 沸 程 第 Ⅲ类 ９ ｏ ～ １ ２ ０℃ ， 天津 市 风 船 化 学 试 剂 科 技 有 限 公 司 ） ， 偶 联 剂 为Ｓ ｉ 一 ６ ９ （ 南 京道 宁化 工有 限公 司 ） ， 硫 化 剂为 正 硅酸 乙 酯（ 天津 市光 复 精 细 化 工研 究 所 ） ， 催 化剂 为二 月 桂 酸 二 丁基 锡 （ 天津市 光 复精 细化工 研究 所） 。
都是 柔性 传感 器 技术 实际 应用 和发 展 的关键 和热 点 。
本 文就 导 电橡胶 复合 材料 的压 阻效 应 和影 响压 力 传感 性 能 的分散 性 、 迟 滞性 、 驰豫 性 以及 力 敏改 性 等方
面进 行 了一 些探 索 和研究 。
１ 导 电橡 胶 的 压 阻效 应
基 于导 电高 分 子 复合 材 料 的导 电机 理 ， 导 电橡 胶 受 到外 力作 用后 ， 材料 将产 生 弹性形 变 ， 其 电 阻率 也将
２ ． ２ 实 验 仪 器
多Ｉ ｇ ］ ， 其 压力传 感 并 非 简 单 的 物 理信 号 变 化 和传 递 过 程 。填充 物 的种类 和数 量 、 填料 的分 散 度 、 导 电橡 胶 的 制备 工 艺 、 复 合 材 料 的 弹性 模 量 等 都 将 直 接影 响 到 导 电橡 胶 复合材 料 的压 力 传感 性 能 ， 对 这些 问题 的研 究
基于导电橡胶填充海绵的柔性压力传感器研究
基于导电橡胶填充海绵的柔性压力传感器研究目录1. 内容概括 (2)1.1 导电橡胶的历史与发展 (2)1.2 压力传感器的意义与分类 (3)1.2.1 压力传感器的一般分类 (4)1.2.2 柔性压力传感器的特点与不足 (5)2. 文献综述 (7)2.1 导电橡胶的导电机理与性能 (8)2.1.1 导电橡胶的结构组成 (9)2.1.2 导电填充剂的类型 (10)2.1.3 导电橡胶的性能优化 (11)2.2 海绵的物理性质与材料特性 (12)2.2.1 海绵的微观结构与物理特性 (14)2.2.2 应对外加应力的性能体现 (15)3. 实验研究 (16)3.1 材料与器件制备 (17)3.1.1 原材料的选择和定位 (18)3.1.2 传感器结构设计 (19)3.1.3 制备工艺与设备 (21)3.2 实验条件与测量方法 (21)3.2.1 环境与取样条件 (23)3.2.2 测量设备与工具 (24)3.2.3 校准与数据采样标准 (25)3.3 性能测试与数据分析 (26)3.3.1 压力响应特性测验 (28)3.3.2 稳定性与耐久性测试 (29)3.3.3 数据处理与传感器的量程标准化 (30)4. 结论与展望 (31)4.1 压力传感器研究现状与实验结果的总和 (32)4.2 导电橡胶填充海绵传感器的优势与改进方向 (34)4.3 对未来传感器设计与应用的前景预测 (35)1. 内容概括本研究着力探索一种基于导电橡胶填充海绵的柔性压力传感技术。
在逐渐增长的智能穿戴设备和工业控制中，实时压力监测的重要性尤为明显。
为此，我们精心设计了一种创新的压力感应组件，旨在提升传感器的灵敏度、响应速度快、以及宽广的检测范围。
该研究采取的主要措施包括海绵基质、导电橡胶作为活性传感器材料以及精确的控制填充比例。
实验部分，我们详细测试了这种传感器的机械性能、电学特性和对多种压力的响应性能。
结果显示，该柔性传感器不仅具备良好的柔韧性和适应复杂地形的能力，而且具有高灵敏度和极快的响应时间，尤其是在高应力作用下表现尤为突出。
导电橡胶的应用于柔性电子器件研究
、、、导电橡胶的应用于柔性电子器件研究导电橡胶的应用于柔性电子器件研究随着柔性电子技术的发展，柔性电子器件因其柔性、轻量、可弯曲等特点而越来越受到人们的关注。
而导电橡胶作为一种特殊的材料，其导电性能和柔性特点的结合使其成为柔性电子器件制造中的重要材料之一。
本文将详细讨论导电橡胶在柔性电子器件中的应用及其研究进展。
一、导电橡胶的基本概念导电橡胶是一种具有导电性能的橡胶材料，其导电性能与橡胶的柔性特点相结合，可以广泛应用于柔性电子器件的制造中。
导电橡胶的制备方法有很多种，最常见的是将导电填料添加到橡胶中，使橡胶成为导电材料。
填料一般会使用导电碳黑、导电银粉、导电金属等。
导电橡胶的导电性能与填料的种类、添加量和橡胶的种类有关。
导电橡胶具有以下特点：首先，导电橡胶具有良好的柔性和弹性，可以弯曲和拉伸而不损坏导电性能；其次，导电橡胶具有较好的耐腐蚀性能，可以长时间使用在潮湿或酸碱环境中；第三，导电橡胶具有较好的耐磨性和耐热性，可以在高温或高速摩擦环境下使用。
二、导电橡胶在柔性电子器件中的应用导电橡胶在柔性电子器件中的应用主要体现在以下几个方面：1. 柔性电极导电橡胶可以作为柔性电极的材料，用于制造柔性电子器件中的电极。
导电橡胶作为电极材料具有良好的柔性、耐腐蚀性和导电性能，可以弯曲和拉伸而不影响导电性能，同时可以适应各种形状的电子器件的制造。
2. 柔性传感器导电橡胶可以作为柔性传感器的材料，用于制造柔性电子器件中的传感器。
导电橡胶作为传感器材料具有灵敏度高、响应速度快、可重复使用等特点，可以用于制造柔性电子器件中的压力传感器、应变传感器等。
3. 柔性电子线路导电橡胶可以作为柔性电子线路的材料，用于制造柔性电子器件中的电子线路。
导电橡胶可以制成各种形状的线路，可以适应各种形状的电子器件的制造，同时具有优异的导电性能和柔性特点，可以保证电子器件在弯曲和拉伸后仍然具有优异的导电性能。
三、导电橡胶在柔性电子器件中的研究进展近年来，导电橡胶的应用于柔性电子器件中得到了广泛的研究和探索。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1． 1
静态特性
目前， 国内外研究学者对导电橡胶的性能已经做了很
多研究， 但基本集中在导电性能上 。 将导电橡胶应用在传 感器就需要考虑其静态特性和动态特性 。 导电橡胶的灵敏 度受填料性能、 橡胶弹性模量、 渗流区的影响
［6 ］ ［5 ］
。 Nikolai W
研究发现增加少量的混合填料可以增加导电橡胶的灵敏 度 。在研究导电橡胶灵敏度时还要考虑导电橡胶界面压 式中
yong FU Zhaoyang，LI Bin，ZHANG Xue（ School of Chemical Engineering， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650500 ， China） Abstract： Application prospect and basic characteristics of conductive rubber force sensitive sensor are main factors that introduced and analyzed． Through studing on preparation process of sensitive unit of the sensor， influence the conductive properties of composite materials such as type of filler， filling quantity， material properties of the substrate and preparation technology are pointed out． Through research on piezoresistive characteristic of conductive rubber sensor， conductive mechanism of conductive rubber composite material are expounded． The development process of structural design of sensor is also described from the detection of simple oneway pressure to threedimensional force． Main factors which restrict development of conductive rubber force sensor and future research trend are pointed out． Key words： conductive rubber； conductive characteristics； force sensitive sensor 特别是用导电橡胶做成的传感器还是很少 。 导电橡胶 少， 力敏传感器也可以做为触觉传感器 。对于触觉传感器的研 究方面， 人们不断尝试从电容、 聚偏二氟乙烯 （ PVDF ） 、 光 已经取得了一 波导等技术出发来研制机器人触觉传感器， 定的成果。 Mami T 等人采用 3 只电阻应变片布置在橡胶中制成 可以感受三维力的传感器
收稿日期： 2013 —04 —01 * 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 51167008 ）
檸檸檸檸檸殠
摘 引 言
导电橡胶力敏传感器研究进展
付朝阳，李 斌，张学勇
（ 昆明理工大学 化学工程学院， 云南 昆明 650500 ）
*
要： 介绍了导电橡胶力敏传感器的应用前景， 分析了导电橡胶传感器的基本特性 。 通过对该传感器 敏感单元制备过程的研究， 指出了影响复合材料导电性能的主要因素包括填料类型 、 填充量、 基体材料性 能以及制备工艺等。通过对导电橡胶传感器压阻特性的研究， 阐述了导电橡胶复合材料的导电机理 。 描 述了该传感器的结构设计从检测简单的单向压力到检测三维力的发展过程 。表述了制约导电橡胶力敏传
［3 ］
。合肥工业大学的黄英等人利用导电橡胶做成了三
［4 ］
维触觉传感器
。 导电橡胶力敏传感器的综合性能和市
场上的其他同类传感器还有一定的差距， 总的来说， 这种传
2
传 感 器 与 微 系 统
第 32 卷
感器技术还不是很成熟， 但是这种传感器具有耐腐蚀 、 柔韧 性好等优点， 是未来传感器发展的重要方向 。 1 导电橡胶传感器基本特性
、 有效介质理论
［12 ］
、 量子力学隧道效应理论
、 电
场发射理论
等。
第6 期
付朝阳， 等： 导电橡胶力敏传感器研究进展
3
由导电橡胶制成。导电橡胶的制备过程直接影响导电橡胶 的导电性， 从而会影响到传感器的性能 。
4． 1
一维传感器
简单的导电橡胶传感器， 敏感单元仅受轴向力， 其基本
［19 ］
3． 1
DOI:10.13873/j.1000-97872013.06.028
2013 年 第 32 卷 第 6 期
传感器与微系统（ Transducer and Microsystem Technologies）
1
檸殠
檸檸檸檸檸殠 综述与评论 檸殠
0
首次合成了聚乙炔薄膜， 后来又经掺杂发现了可导电的高 也就是导电高分子材料 。 目前添加了导电粒子的压 聚物， 力敏感导电橡胶被人们广泛关注 。导电橡胶具有良好的柔 耐磨性， 该材料在一定的应力范围内电阻值随着应力 韧性、 的变化而变化， 具有很好的压阻特性。 导电橡胶力敏性传 感器就是利用导电材料的压阻特性设计的一种新型传感 器。 导电橡胶在很多领域都有应用， 导电性差的导电橡胶 如做成防静电胶鞋； 导电性好的 一般作为防静电材料使用， 导电橡胶一般制成防过热 / 过电流元件， 如用于保温床、 保 温容器等。但是， 利用导电橡胶的力敏性做成的产品比较
2． 2
隧道效应理论
量子力学隧道效应理论利用量子力学研究导电材料导
电率和导电颗粒间隙之间的关系， 考虑到了填料的浓度和 环境温度对导电性的影响 。 Simmons J G 提出了具有普适 性的隧道效应方程 J= 式中 3 （ 2 mφ） 2s
1 /2 ［10 ］
1． 2
动态特性
目前， 对导电橡胶传感器的动态特性研究较少， 而且关
阻对灵敏度的影响。导电橡胶传感器的精度除了与敏感材 料的性能有关， 还与采集电路有关。 特别是阵列传感器各 节点之间的电阻串扰会使传感器输出的数据产生很大的误 差， 所以， 在设计采集电路时一定要考虑消除串扰 。 材料在 变形的过程中都需要一定的时间， 特别是高聚合物会发生 比较缓慢的非弹性形变， 也就是电阻弛豫现象。 导电橡胶 是高分子材料的一种， 在一恒定外力作用下， 其静态时间响 应特性也会产生弛豫过程 。通过改善材料的特性能减少这 种弛豫时间， 但不能完全消除。
常数。该理论认为虽然导电粒子之间存在绝缘的基体， 当 距离小于 10 nm 时， 这些粒子之间的强大电场可能使电子 越过树脂界面势垒而跃迁到邻近的导电粒子上， 从而产生 电流。由于电场发射理论受温度和导电填料的质量分数影 响较小， 其相对于渗流理论有更广泛的适用范围 。 3 敏感单元的制备 敏感单元是力敏性触觉传感器重要组成部分， 其主要
。该传感器容易受环境温度， 电压扰动等影响。 环
境温度对导电橡胶的导电性的影响有 2 个方面： 一是橡胶 受热产生膨胀， 使导电粒子间隙增大， 影响电导率； 二是升 温产生热扰动， 使间隙中电场发生变化， 电子热激活增强， 影响电导率。不同的导电橡胶受温度的影响不同， 总体来 温度升高使导电橡胶的电导率增加 。 说， 2 力敏性原理 导电橡胶传感器测力的基本原理是： 导电橡胶在一定 范围的压力作用下， 导电橡胶的阻值会随着压力的增大逐 渐减小。假设导电橡胶初始电阻为 R， 随着压力的增加电 阻减小 ΔR， 其输出的电流会增大 ΔI。可以根据电流的变化 量或是电阻的变化量来反映受力的情况 。 导电橡胶的阻值 受压力发生变化的内部机理目前研究的还不是很深入 。 研 究导电材料的导电机理有助于更好地理解该传感器的力敏 特性。对于导电机理的研究有很多种说法， 目前已有渗流 理论
（ 1） 为导电填料占复合材料的体积分数， σ c 为临界渗 流阈值； σ1 为基体的导电率； σ h 为导电填料的导电率； σ m 为复合材料的导电率； t 为复合材料的渗流系数 。 该理论认 为： 在混合物中的粒子被基体介质包裹着， 该介质层就可以 拥有和复合导电材料相同的电导率 。 该理论可以解释填料 在临界浓度下导电复合材料电阻率突变现象， 以及电阻率 与填料浓度之间的关系 。
于动态特性的评价没有统一标准 。合肥工业大学的刘平等 人在研究导电橡胶传感器的时间响应时， 发现当加载周期 性交变应力于材料上时， 材料的响应频率与所施加外力的 频率相等。响应幅值与复合材料电阻处在渗流区的位置有 关， 复合材料的电阻处于渗流区接近高阻态一端时， 响应幅 值高
［7 ］
e 2 mφ ， (h ) V exp 4π 槡 h
2
（ 2）
J 为电流密度， m 和 e 分别为单位电子的质量和电荷
h 为普朗克常数， s 为间隙宽度， V 为外加 φ 为间隙势垒， 量， 电源电压。该理论认为： 由于微观粒子具有波动性， 即使电 子不具有足够的能量从势垒顶部翻越过势垒， 它们仍然能 因而可以在相互靠近但并不接触的导 够在势垒之间移动， 电粒子之间进行传递， 使体系导电。 在二元组分导电复合 材料中， 当填料的体积分数较低时， 隧道效应对材料的导电 行为影响较大。
填
料
结构是上下 2 块电极， 中间是敏感材料
， 或是将 2 个电
制备导电橡胶首先考虑的是填料， 用于制备导电橡胶 的填料有金属填料（ 金属粉、 金属纤维） 、 碳系填料（ 炭黑、 石墨） 、 复合材料（ 镀金属的粉体、 纤维） 等。 添加不同种类 填料的导电橡胶导电性能各不相同， 同一类型的导电填料 也因生产厂家不同而存在差别 。同一种填料随着用量的增 加， 导电橡胶的导电性增强， 但是其力学性能会相对降低 。 西北橡胶塑料研究设计院的雷海军等人以银粉和镍粉分别 填充硅橡胶， 研究了金属填料种类、 用量及细度对导电硅橡 胶导电性能和物理性能的影响