填充炭黑对柔性触觉传感器用导电硅橡胶性能的影响

炭黑添加到绝缘的硅橡胶中,制备具有压阻特性的导电硅橡胶是触觉传感器常用的一种材料。通过实验研究3种填充炭黑制成的导电硅橡胶的渗流现象、相同体积分数时压阻特性。显示3种炭黑填充的导电硅橡胶具有不同的渗流阈值,同体积分数下的压阻特性也不相同。相同种类炭黑的添加量改变时,在渗流阈值附近导电硅橡胶的压阻特性最明显。利用扫描电镜(SEM)分析导电硅橡胶的断面形貌,表明导电硅橡胶性能与填料炭黑的分布有关,而炭黑的分布又与其结构相关:粒径越小、表观密度和比表面积越大的高结构炭黑分散性越好,导电硅橡胶的渗流阈值越小,相同体积分数下所获得压阻特性越显著。     

碳纤维填充对导电硅橡胶压阻效应及电阻蠕变行为的影响

将导电粒子添加到绝缘硅橡胶中制备出具有压阻效应的导电硅橡胶,它是一种新型压力传感器用材料。选用3种不同长度的碳纤维作为导电填料,高温硫化硅橡胶作为基体制备导电橡胶,同时在100μm长碳纤维填充导电橡胶中引入镍包铝球形粒子形成复合填料。分析了导电硅橡胶的渗流特性、压阻效应与电阻蠕变行为,发现纤维长度和纤维添加量对导电橡胶的压阻行为有显著影响:纤维长度增大,导电橡胶的渗流阈值变小;导电橡胶的压阻效应在渗流区间明显;球形镍包铝可以削弱导电橡胶的电阻蠕变程度。     

炭黑填充粒子对导电硅橡胶压阻特性的影响

阐述了复合型导电高分子材料的导电机理,分析了4种导电炭黑填充量对导电硅橡胶导电特性的影响,实验分析了相同导电填料、不同质量分数情况下的导电硅橡胶压阻特性,分析了相同质量分数、不同导电填料对复合材料压阻特性的影响。研究表明,随着炭黑填充量的不断增加,复合材料体积电阻率均呈下降趋势;4种炭黑填充的导电硅橡胶渗流阀值较接近;导电硅橡胶的电阻-压力变化规律符合隧道效应理论模型;为保证导电硅橡胶具有良好的压阻特性,应根据原料控制好导电炭黑的添加量。     

单壁纳米碳管/聚酰亚胺复合材料的制备及导电特性

采用熔融聚合法和反复机械拉伸法,制备出定向排列单壁纳米碳管(SWNTs)/聚酰亚胺(PI)复合材料。研究了纳米碳管在复合体中的排列和分散情况。讨论了填充纳米碳管的质量分数对复合材料导电性能的影响,发现SWNTs填充质量分数很少时,复合体系呈现渗流行为,表现出良好的导电性和各向异性,其电导率随着填充纳米碳管的质量分数增加,电导率增大,而且在其拉伸方向比其垂直方向显示出较高的电导率,沿着其拉伸方向的渗流阈值比其垂直方向要低,说明单壁碳纳米管在复合物材料中呈现出良好的排列和均匀分散。     

导电硅橡胶基体粘度及组分对导电性能的影响

硅橡胶基体黏度及组分的不同,对导电橡胶填料的分散性、体系压阻特性及稳定性影响不同。通过将单组份室温硫化硅橡胶GD401、不同黏度的双组份室温硫化硅橡胶107以及双组份室温硫化硅橡胶GMX-331D与乙炔炭黑反应制备了导电硅橡胶。研究了导电硅橡胶的渗滤阀值、压阻特性及压阻范围。讨论了导电硅橡胶的迟滞及弛豫性能。研究表明,导电硅橡胶的渗滤阀值为6%炭黑填充质量分数,渗滤区间为6%~10%之间;基体硅橡胶的粘度越高,压阻特性越好,电阻弛豫时间越短,电阻迟滞性系数越小;双组份基体比单组份基体压阻特性曲线的光滑度好,电阻弛豫时间短,电阻迟滞性系数小。     

双导电相硅橡胶力敏材料的制备与电性能分析

为了获得具有较好压阻稳定性和重复性的力敏复合材料,在炭黑/硅橡胶复合体系中加入纳米氧化钌,完善补充导电相的同时加固硅橡胶交联网络。采用溶剂热还原法制备金属钌纳米颗粒,在空气中热氧化,得到尺寸为数十纳米的氧化钌颗粒;采用溶剂共混的方法制备炭黑/硅橡胶共混胶,用研磨分散的方法将纳米二氧化钌加入炭黑/硅橡胶共混胶中,硫化成型后得到氧化钌(RuO2)-炭黑(CB)/硅橡胶(MVQ)双导电相复合材料。采用自建的压阻性能测试系统测试了复合材料的压阻性能,测量结果表明,CB/MVQ体系中加入一定用量的RuO2其压阻重复性变好,压阻蠕变性得到改善;用扫描电镜、透射电子显微镜分析了复合材料的微观结构,并用能谱分析结合电子衍射图证明了纳米氧化钌以纳米结构存在于复合材料中,丰富和完善了炭黑导电网络,加固了硅橡胶交联网络,这些因素是导致压阻重复性提高的主要因素。     

纳米碳管结构差异对树脂炭包覆硅/纳米碳管复合材料电化学性能的影响

采用聚乙烯醇（PVA）树脂炭化的方法，制备了PVA树脂炭包覆硅／不同纳米碳管复合材料，通过X-射线、高分辩电镜观察和电化学性能测试等手段比较研究了单壁、双壁和多壁纳米碳管作为弹性导电网络缓解硅在充放电过程中体积变化方面的效果。结果表明，单壁纳米碳管和双壁纳米碳管比多壁纳米碳管能够更好地缓解硅在循环过程中产生的结构和体积变化，这主要是因为其长径比大，缠裹效果更好。单壁纳米碳管和双壁纳米碳管具有相近的直径、长径比及宏观分布形式，但在循环过程中，双壁纳米碳管的结构稳定性好于单壁纳米碳管，进而其缓解硅结构变化的效果更好。     

改性材料对炭黑填充压敏硅橡胶导电性能的影响

针对纳米材料具有改善导电橡胶填料分散性、体系压阻特性及稳定性的效果,通过将2%的纳米白炭黑(SiO2)、非纳米白炭黑、纳米α-三氧化二铝(α-Al2O3)3种改性材料与不同含量炭黑并用填充硅橡胶,制备了导电硅橡胶。测试并研究了导电硅橡胶的渗滤阈值、压阻特性及压阻范围。讨论了导电硅橡胶的迟滞及弛豫性能。通过扫描电镜照片,分析了纳米材料对导电硅橡胶的改性机理。研究表明,添加纳米材料后,导电硅橡胶的渗滤阈值降低,压阻范围及压力敏感区间明显扩大;炭黑在导电硅橡胶中分散更加均匀;导电硅橡胶电阻弛豫时间显著缩短并且迟滞性降低。     

炭黑填充型导电复合材料的压阻计算模型及实验验证

为研究新型传感器材料,在通用有效介质理论的基础上,提出了炭黑填充型导电复合材料的压阻特性数学计算模型,定量地得出炭黑颗粒的基本特征参数、体积分数和聚合物基体的弹性模量在复合材料压阻规律中的影响。分别以硅橡胶和高密度聚乙烯为基体相,三种不同粒径的炭黑为导电相,制备了炭黑填充型复合材料,对计算模型进行了实验验证。在炭黑颗粒分布均匀、炭黑体积分数在渗流阈值附近和外加压力≤2 MPa等三个边界条件下,数学计算模型与实验结果基本吻合,且压力-电阻变化规律一致。      

基于炭黑填充导电橡胶的压力传感器非线性特性

通过分析力敏炭黑填充导电橡胶(力敏导电炭黑/橡胶)"负电阻-压力系数"(NPCR)的主因,研究了基于炭黑填充导电橡胶的力传感器非线性特性。研究表明,当炭黑体积分数接近临界渗流体积分数时,NPCR非线性的主因为电阻率的非线性减小;炭黑体积分数在渗流区时,NPCR非线性的主因为电阻率的非线性减小和导电橡胶应力-应变关系的非线性;若炭黑体积分数在传导区时,NPCR非线性的主因为应力-应变关系的非线性。随着炭黑体积分数的增大,力敏导电炭黑/橡胶的NPCR非线性逐渐减弱。此外,由于界面压阻效应以及导电橡胶近似不可压缩体的性质,用于获取NPCR效应的电极分布形式也对NPCR效应的非线性特性存在影响。     

流体作用下导电硅橡胶的压阻特性及弛豫特性

实验制备了不同导电硅橡胶试样,搭建了用于测试流体作用下导电硅橡胶压阻特性的试验平台并设计了测试方法,分别研究了在一定范围内液体静压下导电硅橡胶的体压阻特性、表面压阻特性、弛豫特性及在气压作用下的表面压阻特性。研究表明,在液体静压下,6%乙炔炭黑/2%纳米SiO2并用的试样所表现出的压阻性能最优,而纳米改性材料的添加与材料厚度的增大可以缩短导电硅橡胶的电阻弛豫时间;添加改性材料后,导电硅橡胶在气压作用下的压阻特性曲线明显优于单独添加乙炔炭黑的情况,而且随着材料厚度的增加其压阻特性有较好的提升。     

炭黑填充导电橡胶的力敏传感器灵敏系数

以通用有效介质理论为基础, 给出了炭黑填充导电橡胶(炭黑/橡胶)的力敏传感器灵敏系数计算方程。采用该方程并结合应变和压阻效应对"负压力-电阻特性"(NPC)的影响程度, 分析了力敏导电炭黑/橡胶的灵敏系数和工作原理。结果表明: 炭黑体积分数在临界体积分数附近时, 力敏导电炭黑/橡胶的灵敏系数在2.5～13之间, 其工作原理主要为压阻效应。当炭黑体积分数在渗流区时, 灵敏系数在2.5～4.5之间, 其工作原理与接触压力的大小有关。压力较小时, 其工作原理主要为压阻效应; 压力较大时, 其工作原理主要为应变效应。炭黑体积分数在传导区时, 灵敏系数在2.0～2.5之间, 其工作原理主要为应变效应。      

烯丙基离子液体修饰炭黑/硅橡胶复合材料的压阻特性

为改善炭黑在硅橡胶中的界面性质,通过机械研磨法,采用1-烯丙基-3-甲基-咪唑氯盐对炭黑进行表面修饰,再与硅橡胶混炼制备炭黑填充硅橡胶柔性复合压阻材料,研究了修饰炭黑对复合材料的导电渗流和压阻行为、压阻松弛和循环特性的影响。扫描电镜表明,与未经修饰的炭黑对比,修饰炭黑在硅橡胶基体中形成炭黑离子凝胶结构。由于炭黑离子凝胶的增塑作用及在靠近时相互排斥和在远离时相互吸引作用,离子液体修饰炭黑/硅橡胶复合材料较炭黑/硅橡胶具有更敏感的正压阻效应和更短的压阻松弛时间,并且循环压缩测试结果表明离子液体修饰炭黑/硅橡胶复合材料电阻变化具有更好的可重复性。     

碳纳米管/炭黑/硅橡胶复合材料的压阻计算模型分析

以碳纳米管、炭黑为填料,硅橡胶为基体制备柔性压力敏感材料。将炭黑填充硅橡胶的压阻计算模型扩展应用于碳纳米管/炭黑/硅橡胶材料,研究了不同填料配比下的碳纳米管/炭黑/硅橡胶的渗流特性,并通过实验对计算模型进行了分析。结果表明,在碳纳米管/炭黑/硅橡胶体系中,选择适合的碳纳米管和炭黑组分配比,可获得较低的渗流阈值,且压阻实验结果与计算曲线偏差较小;由于碳纳米管和炭黑的协同效应和通用有效介质理论适用的边界条件,使得在碳纳米管/炭黑以一定的配比混合下,并用的导电填料体积分数略偏离阈值附近时,实验结果与计算模型曲线可以较好地吻合。     

水基碳管纳米流体制备及其热物性实验研究

采用添加表面活性剂阿拉伯胶(GA)的方法制备碳管纳米流体,并对不同长径比以及经球磨、酸化处理的碳管纳米流体热物性进行了研究。通过透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察表明,所制备的碳管纳米流体具有很好的分散性和稳定性。碳管纳米流体热物性实验结果表明,碳管的比表面积和直线度是碳管长径比影响纳米流体热导率的主要因素。碳管经球磨处理时,随球磨时间延长,碳管长径比和直线度先后对纳米流体热导率提升起主导作用,碳管酸化处理后,改善了其分散性并降低了接触热阻,这是纳米流体热导率提高的主要因素。但随着碳管酸化时间的延长,碳管长径比起主导作用。碳管纳米流体的粘度主要受碳管分散性和直线度的影响。     

BN/EG纳米流体热导率影响因素的实验研究

以不同尺寸的BN纳米粒子及自制的BNNTs为添加物,通过两步法制备了不同体积分数的BN(140nm)/EG、BN(70nm)/EG及BNNTs/EG纳米流体,利用瞬态热线装置测试了其热导率,研究了添加物体积分数、长径比、尺寸、聚集形态、流体温度及分散剂等因素对纳米流体热导率的影响规律。结果表明,纳米流体热导率随纳米粒子体积分数、纳米粒子尺寸、纳米粒子长径比、流体温度的增加而增加,纳米粒子松散的链状聚集比紧密的云状聚集更有利于提高基液热导率,分散剂的加入不同程度降低了纳米流体热导率增加量,但降低幅度不大。     

纳米碳管强化水合物导热的研究

实验研究了不同温度（258．15K～270．15K）、不同纳米碳管含量（0．1wt％～10wt％）以及有无分散剂十二烷基硫酸钠（Sodium Dodecyl Sulfate，SDS）情况下四氢呋喃（Tetrahydrafuran，THF）水合物的导热系数。结果表明：THF水合物的导热系数随纳米碳管含量的增加而显著增加，纳米碳管的加入并没有改变THF水合物导热系数随温度的玻璃体变化特性。在纳米碳管质量分数一定时，随着温度的升高，THF水合物导热系数增大的速率越来越快。对于含纳米碳管的THF水合物，不加分散剂时的导热系数比加分散剂的导热系数低，但高于纯THF水合物的导热系数。     

高热导率无机填料／硅橡胶复合绝缘材料的电性能

分别添加不同含量的微米Al2O3（0．5～3μm）、微米Si3N4（O．3～3μm）和纳米Al2O3（13nm）,利用共混法制备了具有不同导热性能的无机填料／硅橡胶复合材料。填料体积分数为30％时,通过改变微米Si3N4和纳米Al2O3体积比,发现微米Si3N4和纳米Al2O3共填充的硅橡胶复合材料的热导率较微米Si3...     

基于炭黑填充导电橡胶的压力/温度传感器非线性特性

通过研究电阻率和电阻几何系数对"负电阻-压力系数"(NPCR)和"正电阻-温度系数"(PTCR)的影响,分析了炭黑填充导电橡胶(导电炭黑/橡胶)的压力/温度传感器的非线性特性。结果表明: 导电炭黑/橡胶的NPCR和PTCR效应产生非线性的主要原因为电阻率的非线性变化; 当炭黑体积分数接近渗流体积分数时,其电阻率对体积的变化敏感程度高,此时,导电炭黑/橡胶的NPCR和PTCR效应的非线性特性较强; 由于导电炭黑/橡胶的体压缩系数大于其热膨胀系数,且导电炭黑/橡胶在压力场和温度场下的形变过程不同,导电炭黑/橡胶NPCR效应的非线性强于PTCR效应的非线性。     

聚乙烯醇/纳米石墨片复合材料的制备及导电性能EI北大核心CSCD

首先使用高压均质法在水溶液中制备纳米石墨片(GNS),然后用溶液法制备了不同浓度的聚乙烯醇/纳米石墨片(PVA/GNS)复合膜。使用扫描电镜、原子力显微镜对GNS的形貌进行了表征。结果表明,高压均质法可以在水溶液中有效地剥离石墨片,剥离得到的GNS的厚度范围在几纳米至几十纳米。通过与聚乙烯醇/石墨粉(PVA/Graphite)混合液的对比,发现GNS在PVA溶液中有更好的分散性。本文考察了室温下PVA/GNS复合膜在不同GNS添加量情况下的导电性。结果表明PVA/GNS复合膜具有比石墨粉更低的渗流阈值,其渗流阈值低至3.36%(体积分数),并用渗流理论验证并解释了复合物的导电特性。