导电橡胶电阻传感器对拉伸应变载荷的响应

为了提高导电橡胶型柔性电阻传感器的灵敏度,开展了导电橡胶电阻传感器的设计及其对循环拉伸应变载荷的电阻响应特性及相应的机理分析.选用了刚性较大的乙烯基聚二甲基硅氧烷(3450)作为电阻传感器的基板层材料,碳纤维(carbon fiber,CF)填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)的导电橡胶作为导电层,通过3D打印工艺制备组装出2种间距的柔性电阻传感器,测试电阻传感器对循环拉伸应变载荷(30%～120%)和不同速率拉伸应变载荷的电阻响应,利用显微镜观察拉伸过程中导电橡胶内部CF的变化,并建立电阻等效电路模型以及拉伸电阻响应拟合公式.研究结果表明:电阻传感器在拉伸应变载荷为60%～120%时的电阻变化率明显,且细间距导电层的传感器灵敏度更高,并且在拉伸过程中对应变速率不敏感;导电橡胶的电阻因拉伸导致纤维间距增大,进而导致其隧穿电阻呈指数规律增大,与电阻传感器的拉伸电阻响应拟合结果一致.最后将传感器应用于人体运动测试和多次机械加载测试,发现该传感器阻值变化与肘关节屈伸运动一致.研制的导电橡胶电阻传感器对拉伸应变响应灵敏且稳定可靠,适合用于运动测试.     

拉伸应变下镍包碳纤维填充导电橡胶取向及电阻响应

导电橡胶因其超高的弹性和良好的导电性而在柔性电子材料领域受到广泛关注。受载时导电填料重新排列会产生相应的电阻变化。本研究选取镍包碳纤维（Nickel coated carbon fiber,CF-Ni）填充于基胶聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）中制备导电橡胶。基于MATLAB平台,观察了导电橡胶中CF-Ni纤维的静态分布,并构建了纤维取向率的计算方法;随后施加动态应变载荷,选用3D打印的样品,在拉伸应变下,对其进行了纤维在胶体中取向变化的同步观察。结果表明:CF-Ni纤维沿拉伸应变方向发生偏转,最大偏转角度可达20°; CF-Ni纤维的取向分布及拉伸应变下纤维的偏转会对导电橡胶的电学性能产生影响,在60%的应变量下,CF-Ni/PDMS表面电阻最大变化为600%。导电橡胶电阻对拉伸应变载荷的响应为CF-Ni/PDMS用于制备柔性传感器奠定了基础。