以熱塑性彈性體苯乙烯/乙烯/丁烯-苯乙烯（SEBS）和炭黑納米顆粒為原料,采用熔融共混-模壓成型法制備了SEBS/納米炭黑復(fù)合電阻式應(yīng)變傳感膜。實(shí)驗(yàn)中,研究了該薄膜的力學(xué)性能及其電阻應(yīng)變的傳感性能。力學(xué)測試表明,該復(fù)合應(yīng)變傳感膜具有優(yōu)異的彈性力學(xué)特性,斷裂伸長率達(dá)410.8%,斷裂強(qiáng)度達(dá)2.5 MPa,經(jīng)1 000次循環(huán)拉伸后,其形變率僅為3.0%。應(yīng)變傳感測試顯示,隨著復(fù)合膜拉伸倍率增大其電阻變化呈線性提高,并且動態(tài)拉伸電阻變化速率高于靜態(tài)條件下的電阻變化速率。該復(fù)合應(yīng)變傳感膜應(yīng)用于人體胳膊彎曲試驗(yàn)顯示,可較為精準(zhǔn)的記錄胳膊彎曲量和彎曲次數(shù),進(jìn)而得知人體的運(yùn)動活動量,在健身和康復(fù)等領(lǐng)域有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。 

【文章來源】：傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2017,30(12)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

SEBS/炭黑應(yīng)變傳感膜的制備流程圖

長率可達(dá)400%以上，在不加炭黑時(shí)，SEBS的斷裂伸長率可高達(dá)700%，說明應(yīng)變傳感器基體具備良好的可伸展性，可適應(yīng)絕大多數(shù)應(yīng)變變化情況或變形情況，加入納米炭黑并沒有根本改變SEBS可大變形的能力［18］。然而，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著炭黑含量的增加，SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感膜的斷裂伸長率和拉伸強(qiáng)度均逐漸減小，力學(xué)性能降低，說明炭黑的加入使得SEBS中連續(xù)相造成一定程度的離散化，或由于納米炭黑的集聚效應(yīng)造成SEBS連續(xù)相出現(xiàn)應(yīng)力集中的弱環(huán)，使得SEBS/炭黑應(yīng)變傳感薄膜相比于SEBS空白樣力學(xué)性能降低［19］。圖2SEBS/炭黑應(yīng)變傳感膜拉伸測試2．1．2彈性穩(wěn)定性測試結(jié)果表1列出了SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感膜拉伸測試結(jié)果表，所選樣品長200mm、寬20mm、厚3mm，重復(fù)回彈拉伸1000次，每次均拉伸至300mm處。A、B、C、D四組分別對應(yīng)納米炭黑質(zhì)量百分比為0、2%、5%、8%，測試結(jié)果表明，相對應(yīng)不可逆回復(fù)的應(yīng)變率分別為2．08%、2．25%、2．79%、3．01%。隨著炭黑含量增加，SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感樣品的永久伸長率逐漸增大。表明隨著炭黑含量的增加，其對SEBS彈性體基體連續(xù)相造成的破壞越大，使得SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感膜力學(xué)性能和彈性穩(wěn)定性能降低［20］。1817

傳感技術(shù)學(xué)報(bào)www．chinatransducers．com第30卷表1SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感膜彈性穩(wěn)定性測試結(jié)果樣品拉伸測試前長度/mm1000次循環(huán)拉伸測試后長度/mm不可逆伸長率/%A200204．162．08B200204．502．25C200205．582．79D200206．023．012．2導(dǎo)電性能結(jié)果分析2．2．1炭黑含量與導(dǎo)電性能之間關(guān)系圖3為SEBS摻雜納米炭黑應(yīng)變傳感膜電阻測試圖。圖3(a)為純SEBS膜的電阻測試圖，圖3(b)和圖3(c)分別為納米炭黑質(zhì)量百分比為8%和1．8%的SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感膜電阻的測試圖。結(jié)果顯示:萬用表最大電阻測量量程為20000kΩ，SEBS原材料電阻超過量程為無窮大，是很好的絕緣體。納米炭黑質(zhì)量百分比分別為8%和1．8%，長100mm、寬20mm、厚3mm的SEBS摻雜納米炭黑應(yīng)變傳感膜電阻分別為37．0kΩ、19600kΩ，表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性能。進(jìn)一步考察納米炭黑含量與SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感膜導(dǎo)電性能之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，如圖3(d)所示，納米炭黑質(zhì)量百分比為1．8%、2%、5%、8%，尺寸為長100mm、寬20mm、厚3mm的樣品電阻測試圖，所對應(yīng)電阻分別為19600kΩ、3290kΩ、551．0kΩ、37．0kΩ。綜合圖3(c)、圖3(d)可知:SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感膜中納米炭黑顆粒含量的導(dǎo)電閾值約為1．8%。隨著納米炭黑含量的增加，所制備的傳感器膜靜態(tài)電阻值變小，導(dǎo)電性能也隨之提高［21］。圖3炭黑含量與導(dǎo)電性能之間關(guān)系圖圖4SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感膜拉伸長度與對應(yīng)電阻之間關(guān)系2．2．2樣品拉伸長度與對應(yīng)電阻之間的關(guān)系圖4為SEBS/納米炭黑復(fù)合應(yīng)變傳感膜拉伸長度與對應(yīng)電阻之間的關(guān)系圖。圖4(a)所示為靜態(tài)電阻測試結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳感膜的電阻隨著被拉伸的長度增加而線性增加，斜率為1．59;圖4(b)為動態(tài)電阻測試圖，應(yīng)變范圍0～50%?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]壓力傳感器動態(tài)誤差修正方法的FPGA實(shí)現(xiàn)[J]. 楊文杰,張志杰,王代華,陳青青.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2017(03)
[2]可穿戴式柔性電子應(yīng)變傳感器[J]. 蔡依晨,黃維,董曉臣.  科學(xué)通報(bào). 2017(07)
[3]乙炔炭黑表面氧化改性及對硅橡膠壓阻特性的影響[J]. 段建瑞,李斌,李帥臻,李覃.  高分子材料科學(xué)與工程. 2017(01)
[4]導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料壓力傳感特性研究[J]. 仉月仙,李斌.  功能材料. 2016(11)
[5]高應(yīng)變載荷下壓電傳感器性能研究[J]. 王培德,鄭躍濱,楊雷,雷振坤,武湛君.  壓電與聲光. 2016(04)
[6]基于柔性電極結(jié)構(gòu)的薄膜電容微壓力傳感器[J]. 姚嘉林,江五貴,邵娜,史云勝,田佳丁,楊興.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2016(07)
[7]基于ZnO納米線與P（VDF-TrFE）纖維的高柔性應(yīng)變傳感器在可穿戴電子器件方面的應(yīng)用（英文）[J]. 陳帥,婁正,陳娣,陳照軍,姜凱,沈國震.  Science China Materials. 2016(03)
[8]納米SiO2對壓力敏感導(dǎo)電橡膠靜態(tài)特性和動態(tài)特性的影響[J]. 田合雷,劉平,高峰,劉彩霞,黃英.  功能材料. 2015(17)
[9]熱塑性彈性體（TPE）簡述（下）[J]. 白子文,胡水仙,陳建華.  山西化工. 2014(04)
[10]炭黑/硅橡膠導(dǎo)電復(fù)合薄膜傳感特性研究[J]. 廖波,周國慶,王英杰.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2013(08)



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