炭黑填充导电橡胶的温度传感器灵敏系数

黄英^1,2，刘平^2,3，廉超¹，刘秀梅¹，蒋红生¹

1. 合肥工业大学电子科学与应用物理学院2. 中国科学院合肥智能机械研究所3. 中国科学技术大学自动化系

摘 要：以通用有效介质理论为基础,给出了炭黑填充导电橡胶（导电炭黑/橡胶）的温度传感器电阻-温度计算模型。利用该模型得出材料的灵敏系数计算公式,并结合形变和电阻率的变化对正电阻-温度特性（PTCR）的影响分析材料的灵敏系数特性。结果表明:在炭黑分布均匀、体积分数在渗流体积分数附近等条件下,电阻-温度计算模型与实验吻合,表现出一致的PTCR变化规律。导电炭黑/橡胶的PTCR效应主要源于基体膨胀导致炭黑体积分数的稀释作用,若炭黑体积分数在渗流区,导电炭黑/橡胶的灵敏系数为280～420;当炭黑体积分数在传导区时,其灵敏系数为32.5～62.0。导电炭黑/橡胶的PTCR效应是热-形变与形变-电导过程的乘积效应,导电炭黑/橡胶的灵敏系数高,但其体积膨胀系数低,使材料的电阻温度系数较低。

关键词：复合材料;温度特性;灵敏系数;炭黑;导电橡胶;柔性触觉传感器;