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News 应变敏感聚氨酯/镍复合材料在拉伸下导电网络的形成与破坏行为研究

应变敏感聚氨酯/镍复合材料在拉伸下导电网络的形成与破坏行为研究

日期: 2020-05-09
浏览次数: 37

应变敏感聚氨酯/镍复合材料在拉伸下导电网络的形成与破坏行为研究

Shear inducedformation and destruction behavior of conductive networks in nickel/polyurethane composites during strain sensing

KeTian, Qinjun Pan, Hua Deng*,Qiang Fu*

 

作为可拉伸电子产品的重要组成,基于导电高分子复合材料(CPCs)的柔性应变传感器近年来引起了学术界和工业界广泛的研究兴趣。导电高分子复合材料通常由弹性高分子基板和导电填料组成。对于大多数已经报道的导电高分子复合材料,在应变下由于填料之间接触点的减少或者填料之间距离的增大总会导致复合材料在应变下电阻指数增加。

在本工作中,我们采用将金属颗粒(镍:Ni,铁:Fe)与热塑性聚氨酯基体(TPU)熔融混合这种低成本、可规模化的方法制备了具有非传统敏感特性的复合材料。在拉伸应变下,我们通过原位扫描电子显微镜(in-situ SEM)观察到了一种拉伸诱导导电网络形成的现象。得益于这种现象,复合材料的电阻率在20 %应变下可以产生超过6个数量级的降低。此外,复合材料的应变敏感行为与填料的含量有密切的关系。当填料含量低于某一临界含量时,复合材料的电阻在应变下呈指数增加的趋势,这与一般报道的导电高分子复合材料的应变敏感行为一致。但是,当填料含量高于临界应变,特别是在逾渗值之前时,复合材料的电阻在小应变下急剧降低。随后在达到某一临界应变后又随应变急剧增大,电阻迅速攀升到绝缘状态。我们论证了这种特殊的应变敏感行为产生的机理并采用修改的数学模型对电阻率-应变曲线进行了拟合。最后,复合材料优异的温度敏感行为也得到了证明。该方法为高性能、多功能可拉伸应变传感器的制备提供了新的思路。

 应变敏感聚氨酯/镍复合材料在拉伸下导电网络的形成与破坏行为研究

Figure1. The electrical resistance is plotted as a function of strain for (a)unmodified 5µm Ni filled TPU composites and (b) KH-550 modified 5µm Ni filledTPU composites.

 

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X19305068

CompositesPart A


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