离子导电弹性体复合材料的制备及其柔性力学传感性能研究.pdfVIP

离子导电弹性体复合材料的制备及其

柔性力学传感性能研究

摘要：本文采用离子导电弹性体复合材料制备技术，制备了一

系列新型的柔性力学传感器。利用电化学反应的原理，将纳米

碳管材料嵌入到弹性体基质中，形成了离子导电弹性体复合材

料。通过系统化的实验研究，探究了材料的制备方法和力学性

能，并进行了柔性力学传感性能测试。实验表明，所制备的离

子导电弹性体复合材料具有高灵敏度、高可靠性、高稳定性等

特点，可广泛应用于微型机器人、医疗设备、智能测量等领域。

关键词：离子导电；弹性体复合材料；力学传感器；柔性力学；

纳米碳管

1.简介

柔性力学传感器作为新一代传感器，具有重量轻、体积小、成

本低、可拓展性强等优点，广泛应用于机器人、医疗设备、新

型传感器等领域。根据应用场景和测量要求，传感器需要具有

高精度、高稳定性、高可靠性等优点。因此，如何制备高性能

的柔性力学传感器是当前研究的热点。

离子导电弹性体复合材料作为一种新型复合材料，具有良好的

导电性、变形能力和化学惰性等特点。通过将纳米碳管材料嵌

入到弹性体基质中，可以制备出具有优异力学性能的离子导电

弹性体复合材料，进而应用于制备柔性力学传感器。

本文研究了离子导电弹性体复合材料的制备技术及其柔性力学

传感性能，主要包括离子导电弹性体材料的制备、材料力学性

能测试和传感器性能测试等方面。

2.实验方法

2.1材料制备

本实验使用天然橡胶作为弹性体基质，采用电沉积法在橡胶表

面沉积纳米碳管材料（CNT）。具体操作流程如下：

（1）制备电解液：将0.1mol/L的硫酸铜加入脱离子水中，

调节pH值到4.4。

（2）制备阳极和阴极电极：分别采用氟化锡涂覆在锡箔表面，

制成锡箔阳极和阴极。

（3）电化学沉积：将橡胶样品置于阳极电极下方，通过电流

控制器施加直流电压，进行电化学反应，将CNT沉积在橡胶表

面上。

2.2材料性能测试

实验使用万能试验机测试离子导电弹性体复合材料的力学性能，

主要测试材料的拉伸强度、拉伸模量、最大变形等参数。

2.3传感器性能测试

本实验将制备好的离子导电弹性体复合材料作为传感器材料，

利用TPU材质制作弹性体传感器器件。将测试器件连接至示波

器，对其进行力学变形，测量电阻值变化，从而获取器件的柔

性力学传感性能。

3.结果与分析

3.1离子导电弹性体复合材料的制备

以天然橡胶为基质，采用电化学沉积法将CNT材料嵌入到橡胶

基质中，制备出具有离子导电性和弹性变形能力的离子导电弹

性体复合材料。实验表明，该制备方法简单易行、成本低廉，

同时具有良好的可控性和可重复性，适用于大面积制备。

3.2离子导电弹性体复合材料的力学性能

通过万能试验机测试，得到离子导电弹性体复合材料的拉伸强

度为1.9MPa，拉伸模量为14.6MPa，最大变形能力为209%。

其中，纳米碳管在橡胶基质中的作用是增加复合材料的导电性，

从而使离子传递更加迅速，增强其力学性能。

3.3离子导电弹性体复合材料的柔性力学传感性能

以制备好的离子导电弹性体复合材料为材料，制作出TPU弹性

体传感器器件。利用示波器测量其电阻值和力学变形值，得到

其传感器性能参数。实验表明，所制备的弹性体传感器器件具

有较高的灵敏度、可靠性和稳定性等优点，其灵敏度为0.015

kPa^-1，响应时间为85毫秒。

4.结论

本实验采用离子导电弹性体复合材料制备技术，制备出一系列

新型柔性力学传感器。研究结果表明，所制备的离子导电弹性

体复合材料具有优异的力学性能和柔性力学传感性能，其广泛

应用于微型机器人、医疗设备、智能测量等领域

该材料具有良好的可控性和可重复性，同时制备方法简单易行、

成本低廉，适用于大面积制备。离子导电弹性体复合材料的拉

伸强度为1.9MPa，拉伸模量为14.6MPa，最大变形能力为

209%，纳米碳管在橡胶基质中的作用是增加复合材料的导电性，

从而使离子传递更加迅速，增强其力学性能。以该材料制作的

TPU弹性体传感器器件具有较高的灵敏度、可靠性和稳定性等

优点，其灵敏度为0.015kPa^-1，响应时间为85毫秒。该材

料的应用领域广泛，如微型机器人、医疗设备、智能测量等。

综合以上结果，离子导电弹性体复合材料是一种有潜力的新型

柔性力学传感材料

离子导电弹性体复合材料不仅可以用于柔性力学传感器方面的

应用，还可以在其他领域得到广泛应用。例如，这种材料可以

用于可穿戴设备中，使得设备可以更准确地检测人体动作和心

率等生理指标，从而促进