基于力敏导电橡胶柔性触觉传感器静态特性和动态特性的研究

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1、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摘要本文详细阐述了柔性触觉传感器用力敏导电橡胶的研究现状。通过扫描电子显微镜等仪器分析力敏导电橡胶的微观结构，研究了不同填料在橡胶母体中的网络化。以通用有效介质理论和隧道效应理论为基础，分析了炭黑填充导电橡胶的导电机理。采用通用有效介质模型研究力敏导电橡胶的工作原理与“负压力-电阻特性”的非线性行为，隧道效应模型研究力敏导电橡胶的量程与灵敏度。静态特性研究结果表明，在轴向压力作用下，压阻效应和应变效应是呈现“负压力-电阻特性”的主要原因。“负压力-电阻特性”的非线性行为主要由于电阻率的非线

2、性减小和应力-应变关系的非线性特性。通过降低导电填料的用量以及增大导电橡胶的厚度可一定程度提高力敏导电橡胶的测量范围，而力敏导电橡胶的灵敏度主要取决于导电填料用量和弹性模量。通过分析导电橡胶的粘弹性，对导电橡胶的动态特性进行研究。动态特性研究结果表明，导电橡胶对力的响应时间短，可认为力的施加与材料的形变具有同时性。峰值时间，稳定时间，上升时间与导电橡胶的力学滞后相关。导电橡胶的频率响应特性良好，其响应幅值与导电橡胶的力灵敏度相关。关键字：柔性触觉传感器力敏导电橡胶静态特性动态特性1ResearchonStaticandDynamicChara

3、cteristicsofForce-SensitiveConductiveRubberforFlexibleTactileSensingAbstractThisarticleelaboratedonthestatusandprogressofforce-sensitiveconductiverubberforflexibletactilesensor.Micro-structureofforce-sensitiveconductiverubberwasinvestigatedbyscanningelectronmicroscopy(SEM).

4、Thenetworkofthedifferentfillersintherubbermatrixwasanalyzed.Theconductivemechanismofforce-sensitiveconductiverubberwasresearchedbasedonconductivepathwaytheoryandtheoryofelectrontunnel.Theworkingprincipleandnonlinearbehaviourofnegativepressurecoefficientofresistanceforforce-

5、sensitiveconductiverubberwerediscussedbygeneraleffectivemediatheory.Measurecapacityandmechanicalsensitivityofforce-sensitiveconductiverubberwereanalyzedbytheoryofelectrontunnel.Underanun-axialpressure,itconcludedthatreasonofnegativepressurecoefficientofresistanceforforce-se

6、nsitiveconductiverubberwaspiezoresistiveeffectandstraineffect.Thenonlineardecreaseofresistivityandstress-strainnonlinearlawsresultinnonlinearbehaviourofnegativepressurecoefficientofresistance.Withacertainrange,reducingthefillingratiooffillerandincreasingthethicknessofforce-

7、sensitiveconductiverubbercanrisethemeasurecapacityofforce-sensitiveconductiverubber.Mechanicalsensitivityofforce-sensitiveconductiverubberliesonthefillingratiooffillerandelasticmodulus.Dynamiccharacteristicsofforce-sensitiveconductiverubberwasdiscussedbyviscoelasticityoffor

8、ce-sensitiveconductiverubber.Theresultshowsthattheresponsetimeoftheconductiverubbe