74] 实施例7
[0075] 结合图7,按照和实施例6相同方法制造负电阻效应的拉敏传感器，用IOMrad的辐 照剂量替代实施例6中5Mrad的辐照剂量。按照和实施例1中所述相同的方式测试拉敏传 感器的各项性能，结果列于表2中。
[0076] 实施例8
[0077] 结合图8,按照和实施例6相同方法制造负电阻效应的拉敏传感器，用20Mrad的辐 照剂量替代实施例6中5Mrad的辐照剂量按照和实施例1中所述相同的方式测试拉敏传感 器的各项性能，结果列于表2中。
[0078] 实施例9
[0079] 结合图9,按照和实施例6相同方法制造负电阻效应的拉敏传感器，用30Mrad的辐 照剂量替代实施例6中5Mrad的辐照剂量。按照和实施例1中所述相同的方式测试拉敏传 感器的各项性能，结果列于表2中。
[0080] 实施例10
[0081] 结合图10,按照和实施例1相同方法制造负电阻效应的拉敏传感器，但用丁苯橡 胶SBR (牌号1502,吉林化工）代替实施例1中的天然橡胶，用50质量份的炭黑（3050B，粒 径50nm，吸油值175m2/g，三菱化学）替代实施例1中120质量份的炭黑（Raven520U，粒径 58nm，吸油值120m 2/g，哥伦比亚化学），用2. 5质量份的防老剂D替代实施例1中1质量份 的防老剂D。按照和实施例1中所述相同的方式测试拉敏传感器的各项性能，结果列于表2 中。
[0082] 实施例11
[0083] 结合图11，按照和实施例1相同方法制造负电阻效应的拉敏电阻传感器，但用三 元乙丙橡胶EPDM(牌号J-3080,吉林化工）代替实施例1中的天然橡胶，用50质量份的 炭黑（3050B，粒径50nm，吸油值175m 2/g，三菱化学）替代实施例1中120质量份的炭黑 (Raven520U，粒径58nm，吸油值120m2/g，哥伦比亚化学），用2. 5质量份的防老剂D替代实 施例1中1质量份的防老剂D。按照和实施例1中所述相同的方式测试拉敏传感器的各项 性能，结果列于表2中。
[0084] 各实施例拉敏电阻材料配方组成：
[0085] 表 1
[0086]
[0087] 注：物料组成单位：质量份；
[0088] 初始电阻和电阻率为平均值。
[0089] 表 2
[0090]
[0091]
[0092] 通过图1到图11，实施例1至实施例11的负电阻效应的拉敏传感器的电阻或电容 与拉伸形变的关系曲线可以看出，本发明提供的拉敏传感器，其电阻值随着拉伸形变的增 加不断下降，电容值随拉伸形变增加不断增加。拉敏传感器的初始电阻与导电橡胶材料中 炭黑填充量相关，如从实施例1至实施例5炭黑填充量依次降低，导致拉敏传感器的初始电 阻依次增加。拉敏传感器的初始电阻也与辐照剂量相关，如实施例6至实施例9,导电橡胶 的炭黑填充量相同，拉敏传感器的初始电阻值随辐照剂量增加而下降，原因是辐照剂量增 加导致交联密度增加，从而挤压炭黑在橡胶中的分布，形成更多的导电网链，宏观上体现为 电阻的降低。
[0093] 通过表2中的数据，可以看出，本发明的负电阻效应的拉力敏感型电阻传感器具 有很好的电阻重复性能和拉敏效应重复性能，拉敏电阻器经过1000次拉伸之后仍然具有 优良的拉敏效应，且拉敏电阻的电阻变化强度没有下降，因此具有非常优异的稳定性和重 复性。
[0094] 综上，本发明提供的负电阻效应拉敏传感器在拉伸力作用下电阻随着拉伸形变增 加不断下降，呈现负电阻效应，同时随着拉伸形变增加传感器两端金属电极之间的电容值 增加，当形变量为30 %时传感器的电阻和电容值产生5-200倍的变化，且经过1000次拉 伸后仍能保持良好的稳定性能。通过检测拉伸过程传感器电阻的变化，或者将变化的电阻 信号转换成电压、电流或电容信号，能够在生物力学、康复医疗、智能穿戴以及人工智能等 领域进行力的测量。而且，本发明拉敏传感器中导电橡胶采用电子束或γ射线辐照进行 交联，相对于采用硫磺或有机过氧化物作交联剂的化学交联法，具有生产效率高、环境污染 小、交联密度容易控制以及导电橡胶电阻分布窄的优点。
[0095] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种负电阻效应的拉敏传感器，其特征在于：包括拉敏材料以及制作在所述拉敏 材料表面的金属电极；所述拉敏材料是导电粒子分散在橡胶材料中制成的电阻率介于 1.0 XlO2Q. cm和1.0 XlO6Q. cm之间的一种导电橡胶，各组分的质量份比例为：橡胶基体 100份，防老剂〇. 1-2份，导电粒子30-120份。2. 如权利要求1所述的负电阻效应的拉敏传感器，其特征在于：所述橡胶材料选自天 然橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚异戊二烯橡胶、顺丁橡胶中的至 少一种。3. 如权利要求1所述的负电阻效应的拉敏传感器，其特征在于：所述导电粒子选自炭 黑，平均粒径为 20-120nm，吸油值为 40cm3/100g - 200cm3/100g。4. 如权利要求1所述的负电阻效应的拉敏传感器，其特征在于，所述导电橡胶是采用 电子束或T射线辐照的方法进行交联，辐照剂量5到30Mrad。5. 如权利要求1所述的负电阻效应的拉敏传感器，其特征在于：所述金属电极选自金 属膜、金属箱、金属片或异形金属件中的一种。6. 如权利要求1所述的负电阻效应的拉敏传感器，其特征在于：所述拉敏传感器的电 阻值介于20k Q和50000k Q之间。7. 如权利要求1所述的负电阻效应的拉敏传感器，其特征在于：所述拉敏传感器的电 阻值在拉力作用下随拉伸形变增加而下降，拉伸形变30%时电阻变化倍率为5-200倍；所述 拉敏传感器的电容值在拉力作用下随拉伸形变而增加，拉伸形变30%时电容值变化倍率为 5-200 倍。8. -种根据权利要求1所述的一种负电阻效应的拉敏传感器的制造方法，其特征在 于，包括以下步骤： A. 将所述的橡胶基体、所述防老剂、所述炭黑例依次加入到双辊开炼机或者密炼机中 进行混炼，混炼时间5~30分钟，得到混炼胶； B. 将混炼胶料通过橡胶成型设备，制备出片状、圆柱状或其他形状的拉敏橡胶半成 品； C. 将橡胶半成品用高能电子束或Y射线辐照的方法进行交联；以及 D. 将已经交联的橡胶制成拉敏橡胶，在橡胶表面制作出金属电极，得到负电阻效应的 拉敏传感器。9. 一种根据权利要求8所述的一种负电阻效应的拉敏传感器的制造方法，其特征在 于，在步骤B中，橡胶成型设备包括螺杆挤出机、压延机和平板硫化机的任意一种。10. -种根据权利要求9所述的一种负电阻效应的拉敏传感器的制造方法，其特征在 于，在步骤D中，所述金属电极是通过导电胶粘接、银浆丝网印刷、真空镀膜或机械压接的 方式制作。
【专利摘要】本发明公开了一种负电阻效应的拉敏传感器及其制造方法，包括拉敏材料以及制作在其表面的金属电极。所述拉敏材料是将导电粒子分散在橡胶基体中经高能电子束或γ射线辐照交联而制成的电阻率介于1.0×102Ω.cm和1.0×106Ω.cm之间的一种导电橡胶。所述拉敏传感器在拉力作用下随形变增加电阻下降，呈现负电阻效应。通过检测电阻值的变化，或者将电阻信号转换成电流、电压或电容信号，能够获得传感器所受外界作用力的信息，因而可以在生物力学、康复医疗、智能穿戴以及人工智能等领域进行力学信息的测量。
【IPC分类】G01L1/22
【公开号】CN105157891
【申请号】CN201510595114
【发明人】李大军, 李杨, 徐行涛, 方斌
【申请人】深圳市慧瑞电子材料有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月18日