文 献 综 述
- 引言
近年来，人们已经对各种具有弹性机械性能的柔性电子器件开展广泛研究[1]，柔性传感材料因其独特的柔性、延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、医疗、国防等领域具有广泛的应用前景。柔性压阻材料(Flexible Piezoresistive Materials, FPM)是柔性传感大家族中的一员，是一种基于“压阻效应”为工作原理的电子功能材料。所谓“压阻效应”，是指材料(半导体、金属或复合材料)在外部应力(弯曲、压缩、拉伸等)的影响下，能带结构或导电网络发生变化，使得材料的电阻率发生变化的现象[2,3]。因此广义的 FPM 是一种可以贴附于各种不规则对象的表面，并能够感知材料表面作用力(压缩、弯曲、拉伸、扭曲等)的电子功能材料，通过将外部的机械信号转换为电信号，通过捕捉材料电性能与外力或形变的定性、定量关系实现力敏传感。
导电橡胶是一种弹性材料，它不仅具有良好的柔韧性，还具有压阻效应、温度效应等，因此常常被作为柔性传感器的敏感材料。导电橡胶受外界刺激后，其电阻值存在复杂的响应，响应过程受导电填料、基体、偶联剂、压力、温度、接触介质等影响。
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导电橡胶的组成与工作机理
- 导电橡胶的填料
目前广泛使用的导电填料有以下几种[4]：
(1)金属系。为了获得具有一定导电性能的高分子材料，人们最早在塑料中
加入金属粉，如铜粉、铝粉、铁粉[5]以改善高分子材料的导电性能，但金属表面易氧化、界面结合不良，而且会加速高分子材料的老化过程。后来，有人用银粉和镍粉。效果良好，但成本昂贵。填充金属纤维和金属片也可制备屏蔽用导电橡胶材料，能制成纤维的金属有铝、铁、铜等。但常用的是铝纤维、不锈钢纤维和铜纤维[6]。
(2)碳素填充高分子材料是应用最广且前景广阔的一大系列，包括石墨、导 电炭黑和碳纤维三类。其中石墨导电性能不稳定，使用时间很短。第二次世界大战期间，前苏联发展了导电炭黑(乙炔炭黑)[7]电热涂料及导电橡胶。第二次世界大战后，随着电子工业的发展，导电炭黑填充高分子材料获得了迅速的发展。
(3)复合型填料。复合导电填料是采用价廉质轻的材料作为芯材，在其表面包覆一层或几层化学稳定性好、耐腐蚀性强、电导率高的导电物质(如银、镍、铜等)制备而成。它改善了许多纯金属粉或片作填料的缺点，如成本高、性能单一、金属密度大，成膜树脂与填料粒子比重差异大，易于沉降等。
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- 导电机理
导电橡胶的导电机理取决于所使用的导电填料。碳系导电填料，如石墨，炭黑等，是通过本身pi;电子的迁移而在高分子中形成电流。关于碳系导电高分子材料的导电机理有两种，包括导电通路和隧道效应[8-12]。导电通路理论认为导电粒子是直接接触引起电流的流动，但在导电橡胶中由导电粒子构成的导电网络并非完全接触，当粒子之间的间隙很小时(小于lOnm)，就能产生pi;电子的跃迁—隧道效应。
金属系填料是由自由电子移动而产生电流。金属粉末的导电机理不像炭黑粒子那样会发生电子隧道跃迁或者电子跳跃，因而在粉末之间必须有连续的接触，故需要有大量的填充量。
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