炭黑/硅橡胶导电敏感复合材料可重复性试验研究

利用溶剂法工艺制备了炭黑/硅橡胶导电复合材料,对其进行了拉伸及压缩敏感试验,研究其可重复性。拉伸试验结果表明,各配方试样电阻-拉伸应变曲线均具有较好的可重复性(最大应变达到24%左右);C4与C6试样的可重复性略差于C8~C18试样,这主要是由于炭黑含量小于6%时,复合材料内部导电网络不太稳定造成的。压缩试验结果表明,复合材料的压阻敏感性也具有一定的可重复性(最大压力达到15 MPa左右)。总体看来,炭黑/硅橡胶复合材料的拉伸及压缩敏感性在较大拉伸应变及压应力范围内都具有较好的可重复性及线性度,满足开发传感器的基本性能要求。     

炭黑/纳米Al2O3填充柔性压敏导电硅胶体系的研究

基于柔性触觉传感器中用到的压敏导电硅橡胶,研究添加纳米Al2O3对导电硅橡胶电特性的影响.从理论上研究纳米Al2O3改性的微观和宏观机理,并通过实验对添加不同量纳米Al2O3的压敏导电硅橡胶导电性、室温下的导电稳定性、压阻特性进行比较分析.实验结果表明:在炭黑浓度恒定的压敏导电硅橡胶中适量添加纳米Al2O3,可有效提高复合材料的导电性,稳定性,增大复合材料的压力敏感范围.     

精密压阻弹性体及力敏传感器阵列

将金属钌(Ru)、二氧化钌(RuO2)、甲基乙烯基硅橡胶(PMVS)按特定比例混合,所得导电硅橡胶中的导电颗粒具有适当的聚集特性,而且该种导电硅橡胶呈现良好的压阻重复性和压阻敏感性.研究不同尺寸电极的压阻行为,发现此种导电硅橡胶在毫米尺寸以上电阻随载荷变化稳定,重复性较高.通过测量不同尺寸电极压阻关系和电阻弛豫关系,拟合了用于回归载荷的压阻曲线和弛豫曲线,用该曲线对每个传感单元的阻值校正,得到阵列上的载荷分布.结果表明,该种导电硅橡胶在一定尺寸范围内满足微型化要求,适用于集成的压阻弹性体应力测量阵列;利用该种导电硅橡胶,可以实现毫米尺度的静态或准动态载荷灰度成像.     

新型有机/无机触压传感器材料的制备及性能的研究

以硅橡胶做为基体,通过掺杂导电碳黑和Al2O3纳米粉制成了富有弹性、导电性好、稳定性优良的复合材料,找出了材料导电性突变时碳黑掺杂的体积分数为38%;并对碳黑体积分率不同时的复合材料进行了压阻特性的测量,发现随着材料中碳黑体积分率的增加,材料的弹性变差;进一步利用超声波分散技术将Al2O3纳米粉分散到材料当中,发现纳米粉的加入改善了材料的导电性能和弹性性能.文章最后计算了材料的压阻灵敏度,发现所制备材料的压阻灵敏度可达1.5 Ω/Pa.     

圆片级封装铝锗键合后残余应力的测量和分析

以圆片级铝锗键合后的残余应力为研究对象,在键合环下方和周围制作了一系列形状相同的力敏电阻条,通过比较键合前后力敏电阻条的阻值变化,分析电阻条处残余应力的大小及与工艺相关性。结果表明：键合环内外的压阻变化约为键合环下方压阻变化的3倍。这种方法可以作为晶圆级键合质量的有效在线表征手段之一。     

硅纳米悬臂梁传感结构压阻特性的试验研究

为了研究拉伸和大形变弯曲共存状态下硅纳米悬臂梁传感结构的压阻特性,采用CMOS工艺制作了硅纳米悬臂梁传感测试结构,结合原子力显微镜和半导体参数测试仪对其电学参数进行了测量,其位移灵敏度高达1.58216×10-4/nm。在电阻相对变化率实验测量和ANSYS有限元平均应力仿真的基础之上,进而提出了一个非线性压阻模型来提取大弯曲硅纳米悬臂梁的一阶和二阶压阻系数。研究结果表明:其一阶压阻系数约为体硅的5倍,该巨压阻效应为利用硅纳米压阻传感结构来实现超高灵敏度的纳米压力传感器提供了可能的途径。研究结果同时也揭示了要获得高的灵敏度和好的可靠性,硅纳米悬臂梁的长度设计需要折衷考虑。     

精密压阻弹性体及力敏触觉传感器阵列

空气热氧化用多元醇溶剂热方法得到的金属钌纳米颗粒,可以得到纳米氧化钌颗粒,将其与金属钌纳米粉体混合,使其具有适当的聚集特性,将混合粉体与硅橡胶复合,呈现具有良好的压阻重复性和压阻敏感性,测量不同尺寸电极间的压阻行为,表明此种导电硅橡胶在毫米尺寸以上呈现一定的标度不变性,表明材料在一定尺寸范围内满足微型化要求,适用于集成的压阻弹性体应力测量阵列,我们制备了测量面载荷分布的阵列电极,设计了用于动态触觉传感测量的电路和支持软件,结果表明,针对压阻材料电阻/载荷敏感特性,通过每个压阻单元微秒级的信号获取和数据处理,可以实现毫米尺度的静态或动态载荷三维成像,该传感阵列的可重复和定量特性使其基本满足实用的人体工学器件要求。     

测试封装应力用压阻式应变计阵列

集成电路封装应力是影响芯片生产的成品率和可靠性的关键因素.针对目前广泛采用的PQFP封装模式,介绍了利用压阻式应变计阵列测试集成电路封装应力的原理、应变计的制造及标定方法.     

微加速度计在冲击环境下的可靠性研究

微加速度计用于测量载体的加速度,并提供相关的速度和位移信息.微加速度计可以和微型陀螺仪组合构成微型惯性测量单元.但是微加速度计还没有完全实现市场化,微加速度计的可靠性问题已经成为制约其广泛应用的关键因素.微加速度计在加工、封装、运输和实际使用中都可能受到冲击的作用.主要研究压阻式微加速度计在冲击环境下的可靠性问题.通过简化加速度计的结构,得出了悬臂梁上的应力分布.设计了微加速度计在冲击环境下的可靠性试验,分析了加速度计在冲击环境下的主要失效模式及失效机理.得出了压阻式加速度计在冲击环境下的主要失效模式是键合引线的脱落和悬臂梁的断裂.     

新型硅基MOS力敏传感器的设计与制作

随着汽车、航天、生物等领域对力敏传感器的越来越巨大的市场需求,力敏传感器再次成为研究的热点.压阻式力敏传感器由于其性能稳定、制作工艺简单、稳定性好且价格低成为商家的首选.研究表明,在应力作用下,MC6晶体管的源漏电流的大小会随着沟道区所受应力大小而变化,具有类似压敏电阻的力敏效应.基于MC6晶体管的这种力敏效应,采用晶体管和电阻构成压敏电桥,提出了一种新型的硅基MOS力敏传感器.该器件在与传统的压阻式力敏传感器相比,一方面继承了其制作工艺简单、稳定性和线性度好等优点,另一方面大幅提高了传感器灵敏度并降低了功耗,使得器件性能得到整体提高.     

TiC／环氧树脂复合物的PTC效应研究

将TiC、炭黑分别掺入到非态高聚物环氧树脂基体中,发现TiC/环氧脂复合物具有较大的PTC效应,其PTC效应的机理与复合物内应力有关,复合物出现电阻率大幅度上升的转化温度与固化温度相对应,实验中在炭黑/环氧树脂复合物上未观察到PTC效应,其原因与炭黑粒子具有较强的附聚作用有关.     

大变形力敏传感元件温度响应试验研究

利用炭黑/硅橡胶导电复合材料制作了大变形力敏传感元件,对其温度荷载下的电阻响应进行了试验研究,并根据其导电机理对温敏特性进行了深入分析。试验发现制作的大变形力敏传感元件具有正温度系数特性,电阻随温度的升高而增大;温度稳定时,具有电阻弛豫现象。硅橡胶基体随温度变化体积发生变化是造成复合材料温度敏感性的主要原因;同时,温度变化也会影响电子跃迁能力,进而影响到复合材料温度响应。橡胶基体的粘弹性以及试样具有一定厚度的尺寸效应是导致其温度响应滞后性的主要原因。     

Improvement of gas sensing performance of carbon black/waterborne polyurethane composites: Effect of crosslinking treatment

When carbon black (CB) filled waterborne polyurethane (WPU) composites are exposed to organic solvent vapors, electrical resistance of the materials increases rapidly. They can thus serve as gas sensors. To improve the composites’ performance for practical applications, crosslinking agent was added to the composite latexes, forming intra-molecular crosslinked networks among the matrix polymer of the composites. The method greatly increased the filler/matrix interfacial interaction and reduced the mobility of CB particles. In the composites that had absorbed solvent vapors, reconstruction of conduction paths through re-aggregation of the disconnected filler particulates became difficult. As a result, the unwanted negative vapor coefficient (NVC) effect was significantly weakened, while the gas sensitivity and the performance reproducibility were enhanced as well.     

高聚物碳黑复合体化学传感器的研究及其在电子舌中的应用

用碳黑和不导电高聚物复合体制备化学传感器阵列,在检测、量化和识别各种有机气体和液体成分上,最近已受到相当重视.本文介绍了复合体导电机理,制备了两种新型的基于复合体薄膜的化学传感器,并将其应用于实验室开发的电子舌系统,采用阻抗法测量传感器在不同样本液体中的响应,最后用主成分分析法对数据加以识别,初步实验结果表明传感器能够较好的区别酸、甜、苦、咸等味道,且该传感器生命周期长,重复性好,在实时、在线的电子舌系统中具有很好的应用前景.     

炭黑/硅橡胶导电复合材料力敏元件温度响应试验研究

利用炭黑/硅橡胶导电复合材料制作了大变形力敏传感元件,对其温度荷载下的电阻响应进行了试验研究,并根据其导电机理对温敏特性进行了深入分析.试验发现制作的大变形力敏传感元件具有正温度系数特性,电阻随温度的升高而增大;温度稳定时,具有电阻弛豫现象.硅橡胶基体随温度变化体积发生变化是造成复合材料温度敏感性的主要原因;同时,温度变化也会影响电子跃迁能力,进而影响到复合材料温度响应.橡胶基体的粘弹性以及试样具有一定厚度的尺寸效应是导致其温度响应滞后性的主要原因.     

Using Landsat TM data to estimate carbon release from burned biomass in an Alaskan spruce forest complex

Fire disturbance in boreal forests can release carbon to the atmosphere stored in both the aboveground vegetation and the organic soil layer. Estimating pyrogenic emissions of carbon released during biomass burning in these forests is useful for understanding and estimating global carbon budgets. In this work, we have developed a method to estimate carbon efflux for the burned black spruce in an Alaskan forest by combining information derived from Landsat Thematic Mapper (TM) data and field measurements. We have used the spatial and spectral information of TM data to identify and measure two important factors: pre-burn black spruce density and burn severity. Field measurements provided estimates of aboveground and ground layer carbon per unit area for the pre-burn Landsat spectral classes, and percentage of carbon consumed for the post-burn Landsat spectral classes. Carbon release estimates for the burned black spruce were computed using field data and the co-occurrence of the pre-burn and post-burn spectral classes. The estimated carbon released was 39.9tha-1, which is 57% greater than an estimate computed using AVHRR data and estimates of pre-burn biomass and carbon fractions consumed that were not site specific or spatially varying. We conclude that the spectral bands and spatial resolution of Landsat TM data provide the potential for improved estimates of pyrogenic carbon efflux relative to the coarser spectral and spatial resolution of other multispectral sensors.     

炭黑/硅橡胶导电复合薄膜传感特性研究

利用溶剂法工艺成功制作了炭黑/硅橡胶导电复合薄膜(厚度约0.1mm),对其进行了拉伸、压缩及温度敏感性试验。测试结果表明,试样具有优良的拉-敏传感特性,随着拉伸变形的增大(应变达到25%)试样电阻不断增大,且电阻-应变之间具有较好的线性关系。压缩过程中,随着压力的增大(压力达到30MPa)试样电阻增大,两者同样具有较好的线性关系。温敏试验表明,试样电阻随温度的下降而降低,且趋势相似。研究结果表明,薄膜结构的炭黑/硅橡胶导电复合材料具有优良的传感特性。     

Greenly synthesized porous carbon nanoparticle (bio-waste-based)-doped nematic liquid crystal composite with optimized electric and electro-optical properties for devices

The present investigation on the impact of porous carbon nanoparticles (PCNPs) on a room temperature nematic liquid crystalline compound (TP-188-01) reports extensive electro-optical analysis of composite followed by dielectric and luminescence study as well. The pure nematic compound has been doped with 0.1%, 0.25%, and 0.5% of PCNPs (spherical), which have been synthesized by green synthesis technique without use of any activating agents. Low-frequency dielectric analysis (50 Hz to 1 kHz) has been done to confirm ion generation with increase in PCNS concentration. The dielectric data also indicate preferential orientation of molecules from homogeneous to homeotropic alignment, which can be used in performance optimization of electro-optical devices. The analysis of dielectric data also illustrates the application of PCNS-doped systems in circuits operating at high voltages. Diffusion coefficient, mobility, and DC conductivity have been further examined to support the above observations. A significant decrease (of about 47%) in the response time of porous carbon nanoparticle liquid crystal (NP-LC) composites has also been observed. The photoluminescence spectrum of NP-LC composites as a function of carbon nanosphere (CNS) concentration has shown Quenching (following the Stern–Volmer quenching mechanism) in the luminescence intensity with increasing CNS concentration. The highly improved response time and quenching in the luminescence intensity further make the PCNS-doped LC composites as ideal materials to be used in devices, encouraging LC-aided green nanotechnology.