1. 研究目的与意义
20 世纪 70 年代，白川英树、heeger 和 macdiarmid 等人首次合成了聚乙炔薄膜，后来又经掺杂发现了可导电的高聚物，也就是导电高分子材料。导电橡胶具有良好的柔韧性、耐磨性，该材料在一定的应力范围内电阻值随着应力的变化而变化，具有很好的压阻特性。目前添加了导电粒子的压力敏感[1-6]导电橡胶被人们广泛关注。导电橡胶大体分为两种：一种是在橡胶大分子中引入导电性分子结构的半导体导电橡胶；另一种是在橡胶中加入炭黑、石墨、碳纤维或金属粉等导电填料的复合型导电橡胶[7-8]。下面主要介绍复合型导电橡胶，其中有抗静电性导电橡胶、导电性橡胶和高导电性橡胶。
导电橡胶的导电机理取决于所填充的导电材导电橡胶的导电机理取决于所填充的导电材电子的迁移而在橡胶基体中形成电流。金属系导电填料是本身互相接触的自由电子移动而产生电流。纤维状导电填料是通过纤维之间的互相搭接，在橡胶基体中形成三维的导电网络，从而使电子流动。当导电橡胶中的导电粒子含量不能太高或太低，要正好处在发生隧道穿透几率迅速上升前的水平。这样的复合物在压力下，橡率迅速上升前的水平。这样的复合物在压力下，橡率迅速上升前的水平。这样的复合物在压力下，橡特基发射传导所决定，转为由隧道效应传导和欧姆传导所决定,因而复合物的电阻在压力下能有四个数量级以上的变化，于是该导电橡胶才可能成为压敏导电橡胶。
压敏导电橡胶：通过适当配合，可以使导电橡胶具有压敏性。压敏导电橡胶随着所施压力的增大，从绝缘状态过渡到导电状态，即电阻值随着压力的增大而减小。在9.8 kpa压力下，其体积电阻率变化值可达106 Ωm 以上。橡胶的压敏导电性，可能是导电炭黑和不形成二次结构粒子的金属微粒在压力作用下相互接近导通之故。压敏导电橡胶可用于制作多种压力传感器。如高速路上的车种判别传感器，搬运机械的机械手传感器和图形输入器的书写板传感器。压敏导电橡胶对压力变化的敏感度和稳定性由金属填料的形态决定。一般采用球状、纤维状（晶须状）和针状金属填料并用，或在硫化过程中施加磁场使金属填料并用，或在硫化过程中施加磁场使金属填料取向，可提高压敏导电橡胶对压力变化的灵敏度和稳定性。另外用特殊工艺使压敏导电橡胶表面形成绝缘性薄层梯度结构，可以保证压敏导电橡胶在微区或无压时电阻值较高。将压敏导电橡胶置于液体聚合物或聚合物溶液中浸泡溶胀后，进行热处理，在单面或双面进行研磨加工，可制得对笔尖书写压力敏感性好又不受手压干扰的图片写入板。当然根据情况亦可选用其他橡胶。导电填料主要采用导电炭黑和金属粉。
2. 研究内容和预期目标
本课题首先制备出一种导电纳米材料，然后将导电高分子材料与橡胶基体进行复合，得到一种压敏橡胶。系统研究导电纳米材料制备工艺以及高分子复合工艺，为制备出高性能压敏橡胶奠定基础。
具体内容包括，以液态聚硫橡胶或者硅橡胶为基体，探究不同填充材料，以及同种材料不同用量对材料压敏性的影响，同时探究温度的影响，以及不同材料不同温度下的压敏范围。并且尝试不同的制作工艺，如熔融铺膜法，开炼混合法等。在制得不同种类的压敏橡胶后，测得压敏性能最优的材料，并用进行红外，扫描电镜，透射电镜，核磁等仪器对其进行表针，探究其压敏性能良好的结构原理（如ptc效应和ntc效应）。
预定目标就是制得一种最优的压敏橡胶并对其进行各种性能测试，同时完善工艺流程。
3. 研究的方法与步骤
本课题首先制备出一种导电纳米材料，然后将导电高分子材料与橡胶基体进行复合，得到一种压敏橡胶。系统研究导电纳米材料制备工艺以及高分子复合工艺，为制备出高性能压敏橡胶奠定基础。
大致研究方法，包括三个方面
首先选择选择不同种类的填充材料如不同种类的炭黑、纳米材料（如纳米银、纳米氧化钴、纳米三氧化二铝等）、金属粉末等，采用控制变量的方法制备和研究材料的压敏性能。
4. 参考文献
| [1] 付朝阳. 导电橡胶压敏特性及其传感器研究[D].昆明理工大学, 2014. [2] 李跃, 任文坛, 张勇, 张隐西. 橡胶/炭黑导电复合材料的压阻效应研究进展[J]. 化工新型材料, 2012, (09): 123-125. [3] 王彬, 肖昭然. 压敏导电橡胶的压敏性测试[J]. 科学技术与工程, 2008, (13): 3689-3691. [4] 万影, 朱泉峣, 闻荻江. 导电橡胶的压敏性和热敏性研究[J]. 橡胶工业, 1999, (08): 34-39. [5] 田岛次夫, 肖尧荣. 压敏导电橡胶[J]. 电子元件与材料, 1986, (04): 87-88. [6] 新井洸三, 赵可申. 压敏性导电橡胶[J]. 橡胶译丛, 1985, (01): 42-47. [7] 李跃, 任文坛, 张勇, 张隐西. 硅橡胶/炭黑复合材料在外场作用下的导电响应行为[J]. 合成橡胶工业, 2012, (05): 371-377. [8] 王敏. 基于炭黑/硅橡胶复合压敏导电胶的制备和性能研究[D].合肥工业大学, 2007. [9] 徐菲. 基于力敏导电橡胶的新型三维力柔性触觉传感器仿真研究[J]. 传感技术学报, 2012, (03): 359-364. [10] 张玉刚, 黄英, 刘彩霞, 葛运建. 人工皮肤用碳纳米管/硅胶压敏材料研究[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2011, (S2): 306-308. [11]刘平. 基于力敏导电橡胶的柔性触觉传感器静态特性和动态特性研究[D].合肥工业大学, 2010. [12]明小慧. 力敏导电橡胶三维力柔性触觉传感器设计[D].合肥工业大学, 2009. [13] 李跃, 任文坛, 张勇, 张隐西. 硅橡胶/炭黑复合材料在外场作用下的导电响应行为[J]. 合成橡胶工业, 2012, (05): 371-377. [14] 李跃, 任文坛, 张勇, 张隐西. 橡胶/炭黑导电复合材料的压阻效应研究进展[J]. 化工新型材料, 2012, (09): 123-125. [14] 徐菲. 基于力敏导电橡胶的新型三维力柔性触觉传感器仿真研究[J]. 传感技术学报, 2012, (03): 359-364. [16] 张玉刚, 黄英, 刘彩霞, 葛运建. 人工皮肤用碳纳米管/硅胶压敏材料研究[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2011, (S2): 306-308. [17] 秦岚, 裴利强. 新型智能机器人触觉传感服装阵列标定的研究[J]. 传感器与微系统, 2011, (07): 71-74. [18] 徐菲. 用于检测三维力的柔性触觉传感器结构及解耦方法研究[D].中国科学技术大学, 2011. [19] 曹广辉, 黄英, 张武, 刘彩霞. 三维柔性触觉传感器模型仿真及试验研究[J]. 电子测量与仪器学报, 2011, (02): 129-134. [20] Mami T, Takashi T, Yoshikatsu T, et al. Development of a 3D tac-tile sensor [J]. Journal of Materials Processing Technology, 2007, 181(1-3): 286-290. [21] Kentaro N, Kazunori H, Kiyoshi M, et al. A shear stress sensor for tactile sensing with the piezoresistive cantilever standing in elastic material [J]. Sensors and Actuators,2006，127( 2) : 295- 301． [22] 秦岚, 裴利强. 新型智能机器人触觉传感服装阵列标定的研究[J]. 传感器与微系统, 2011, 30( 7) :71 -74. [23] 黄英, 明小慧, 向蓓等. 一种新型机器人三维力柔性触觉传感器的设计[J]. 传感技术学报, 2008, 21( 10) : 1695 -1699． [24] 黄英, 刘平, 黄钰等. 柔性触觉传感器用力敏导电橡胶力学灵敏度研究[J]. 复旦学报: 自然科学版, 2009, 48( 1) :46 -52. [25] Kobayashi Y, Katakami H, Mine E, et al. Silica Coating of Silver Nanoparticles Using a Modified Stber Method[J]. J Colloid Interf Sci, 2005, 283: 392-396.
|
5. 计划与进度安排
（1）2022.12.19-2022.12.30：查阅文献资料，撰写开题报告；
（2）2022.01.02-2022.01.13：设计实验步骤及工艺；
（3）2022.02.20-2022.04.15：完成相关实验；
课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
