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基于新型三维柔性触觉传感器的力敏导电硅橡胶导电机理研究

作　者: 向蓓
导　师: 黄英
学　校: 合肥工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 力敏导电硅橡胶 导电机理 压阻特性 温度效应 微观机构分析
分类号: TP212.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 132次
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内容摘要


炭黑填充导电硅橡胶材料是一种新型力敏材料,具有优良力学和电学特性、柔韧性好、分辨率高等特点,可用于制作柔性触觉传感器。这种新型力敏材料的导电机理研究对柔性触觉传感器的进一步研究和实用化有重要意义,本文重点研究了基于新型三维柔性触觉传感器的复合力敏导电硅橡胶的导电机理。论文详细阐述了柔性触觉传感器、导电橡胶及其导电机理的研究现状和进展,在重点分析力敏导电硅橡胶导电机理的基础上,探讨两种主要的导电机制理论:导电通路理论和电子隧道理论。在导电理论的基础上分别建立压阻模型,通过实验结果的分析对两种模型进行了讨论。并通过对不同填充炭黑类型、不同炭黑含量条件下力敏导电硅橡胶压阻特性的实验分析,获得了改善力敏硅橡胶材料的压阻特性的方法。本文在导电理论基础上讨论了力敏导电硅橡胶的电阻温度特性,通过对添加不同填充材料条件下力敏导电硅橡胶电阻温度特性的实验分析,获得了改善力敏硅橡胶材料的电阻温度特性的方法。最后利用微观结构分析方法对力敏导电硅橡胶材料的进行内部微观结构的分析,探讨炭黑微观形貌和在硅橡胶材料中的分散状态对力敏硅橡胶材料导电特性的影响因素,进一步深入分析了复合材料的导电机理。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
致谢  7-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 研究背景  12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 柔性触觉传感器  12-13
    1.2.2 柔性力敏材料  13-15
    1.2.3 炭黑填充型导电硅橡胶  15-16
  1.3 课题的来源、意义和主要内容  16-18
第二章 力敏导电硅橡胶导电机制的基本理论  18-27
  2.1 导电高分子材料的导电机理  18-19
  2.2 有效介质模型和导电通路理论  19-24
    2.2.1 渗流理论  19-20
    2.2.2 三个区域的划分  20-21
    2.2.3 有效介质模型  21-23
    2.2.4 导电通路学说  23-24
  2.3 电子隧道效应理论  24-26
    2.3.1 隧道效应基本理论  24-25
    2.3.2 隧道效应理论在力敏导电硅橡胶材料中的应用  25-26
  2.4 小结  26-27
第三章 力敏导电硅橡胶的压阻模型建立和实验研究  27-36
  3.1 力敏导电硅橡胶的压阻现象及其理论模型  27-29
    3.1.1 基于导电通路理论的压阻模型  27-28
    3.1.2 基于隧道效应理论的压阻模型  28-29
  3.2 压阻特性研究与实验  29-33
    3.2.1 不同填充材料的渗流现象  29-30
    3.2.2 不同填充材料对压阻特性的影响  30-32
    3.2.3 相同的导电填料不同填充含量对压阻特性的影响  32-33
  3.3 压阻模型的实验分析与对比  33-35
    3.3.1 模型I 的理论值和实验值比较  33-34
    3.3.2 模型II 的理论值和实验值比较  34-35
    3.3.3 两种模型的适用性分析  35
  3.4 小结  35-36
第四章 力敏导电硅橡胶的电阻温度效应和实验研究  36-44
  4.1 导电高分子复合材料的温度特性  36-39
  4.2 力敏导电硅橡胶的温度特性  39-40
  4.3 填充材料对温度特性的影响  40-42
    4.3.1 不同填充材料对温度特性的影响  40-41
    4.3.2 不同填充含量对温度特性的影响  41-42
  4.4 纳米改性材料对温度特性的影响  42-43
    4.4.1 纳米SiO_2 对温度特性的影响  42-43
    4.4.2 纳米Al_2O_3 对温度特性的影响  43
  4.5 小结  43-44
第五章 力敏导电硅橡胶的微观结构分析  44-51
  5.1 聚合物结构分析的常用仪器和材料准备  44-46
    5.1.1 电子分析法  44-45
    5.1.2 常用聚合物结构分析的准备  45-46
    5.1.3 力敏导电硅橡胶结构分析的准备  46
  5.2 原子力显微镜及其在结构分析中的应用  46-48
    5.2.1 原子力显微镜的工作原理  46-47
    5.2.2 力敏导电硅橡胶的AFM 图和分析  47-48
  5.3 扫描电子显微镜及其在结构分析中的应用  48-50
    5.3.1 扫描电子显微镜的工作原理  48
    5.3.2 力敏导电硅橡胶的SEM 图和分析  48-50
  5.4 结构分析对力敏导电硅橡胶导电机理理论支持的探讨  50-51
第六章 总结与展望  51-53
  6.1 总结  51
  6.2 下一步的工作及展望  51-53
参考文献  53-57
攻读硕士学位期间发表的论文  57
专利  57-58

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 物理传感器
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