用于电阻式柔性应变传感器的导电聚合物复合材料研究进展

任秦博¹，王景平¹，杨立²，李翔³，王学川⁴

1. 陕西科技大学化学与化工学院2. 中国石油长庆油田分公司第一输油处3. 陕西科技大学电子信息与人工智能学院4. 陕西科技大学轻工科学与工程学院

摘 要：作为物联网的触角,传感器迎来了新的发展机遇。而随着可穿戴行业的发展,电阻式柔性应变传感器在人体穿戴实时监测、机器人仿生皮肤、医学健康跟踪、运动肢体捕捉以及生产振动检测等领域展现出广阔的应用前景。聚合物导电复合材料是电阻式柔性应变传感器最常用的应变传感核心材料,具有柔性好、应变检测范围大以及成本低的优势。但现有的基于聚合物导电复合材料的传感器普遍存在迟滞明显、线性度低、导电网络稳定性差的缺点,此外对于某些复合材料在应变过程中的导电机理阐释也存在缺陷。因此,近年来诸多学者从聚合物导电复合材料导电机理、不同导电填料的特性、聚合物本身特性以及不同的制备工艺等方面开展了大量的研究工作。在解释聚合物导电复合材料的导电机理方面,目前多采用渗流理论解释其导电过程。目前聚合物导电复合材料所用的导电填料主要分为碳系导电填料和金属系导电填料两大类,由于碳系导电填料的导电稳定性好、价格低,是目前使用的主流。而目前使用的聚合物基体主要分为硅橡胶、天然橡胶以及聚氨酯三大类,硅橡胶主要用于小应变、高灵敏度传感器,天然橡胶主要用于大应变传感器。而聚合物导电复合材料的制备工艺主要分为填充式、夹心式、吸附式三种,填充式的传感器应变范围较大,而夹心式和吸附式传感器应变范围相对较小。本文对聚合物导电复合材料的导电机理、导电填料、聚合物基体以及不同制备工艺进行了归纳和分析,并展望了柔性应变传感用聚合物导电复合材料今后可能的研究热点和发展趋势。

关键词：应变传感;导电聚合物复合材料;导电机理;导电填料;聚合物基体;制备工艺;