離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的制備及其柔性力學(xué)傳感性能研究摘要：本文采用離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料制備技術(shù)，制備了一系列新型的柔性力學(xué)傳感器。利用電化學(xué)反應(yīng)的原理，將納米碳管材料嵌入到彈性體基質(zhì)中，形成了離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料。通過系統(tǒng)化的實驗研究，探究了材料的制備方法和力學(xué)性能，并進行了柔性力學(xué)傳感性能測試。實驗表明，所制備的離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料具有高靈敏度、高可靠性、高穩(wěn)定性等特點，可廣泛應(yīng)用于微型機器人、醫(yī)療設(shè)備、智能測量等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：離子導(dǎo)電；彈性體復(fù)合材料；力學(xué)傳感器；柔性力學(xué)；納米碳管

1.簡介

柔性力學(xué)傳感器作為新一代傳感器，具有重量輕、體積小、成本低、可拓展性強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于機器人、醫(yī)療設(shè)備、新型傳感器等領(lǐng)域。根據(jù)應(yīng)用場景和測量要求，傳感器需要具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性等優(yōu)點。因此，如何制備高性能的柔性力學(xué)傳感器是當(dāng)前研究的熱點。

離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料作為一種新型復(fù)合材料，具有良好的導(dǎo)電性、變形能力和化學(xué)惰性等特點。通過將納米碳管材料嵌入到彈性體基質(zhì)中，可以制備出具有優(yōu)異力學(xué)性能的離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料，進而應(yīng)用于制備柔性力學(xué)傳感器。

本文研究了離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的制備技術(shù)及其柔性力學(xué)傳感性能，主要包括離子導(dǎo)電彈性體材料的制備、材料力學(xué)性能測試和傳感器性能測試等方面。

2.實驗方法

2.1材料制備

本實驗使用天然橡膠作為彈性體基質(zhì)，采用電沉積法在橡膠表面沉積納米碳管材料（CNT）。具體操作流程如下：

（1）制備電解液：將0.1mol/L的硫酸銅加入脫離子水中，調(diào)節(jié)pH值到4.4。

（2）制備陽極和陰極電極：分別采用氟化錫涂覆在錫箔表面，制成錫箔陽極和陰極。

（3）電化學(xué)沉積：將橡膠樣品置于陽極電極下方，通過電流控制器施加直流電壓，進行電化學(xué)反應(yīng)，將CNT沉積在橡膠表面上。

2.2材料性能測試

實驗使用萬能試驗機測試離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的力學(xué)性能，主要測試材料的拉伸強度、拉伸模量、最大變形等參數(shù)。

2.3傳感器性能測試

本實驗將制備好的離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料作為傳感器材料，利用TPU材質(zhì)制作彈性體傳感器器件。將測試器件連接至示波器，對其進行力學(xué)變形，測量電阻值變化，從而獲取器件的柔性力學(xué)傳感性能。

3.結(jié)果與分析

3.1離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的制備

以天然橡膠為基質(zhì)，采用電化學(xué)沉積法將CNT材料嵌入到橡膠基質(zhì)中，制備出具有離子導(dǎo)電性和彈性變形能力的離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料。實驗表明，該制備方法簡單易行、成本低廉，同時具有良好的可控性和可重復(fù)性，適用于大面積制備。

3.2離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的力學(xué)性能

通過萬能試驗機測試，得到離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的拉伸強度為1.9MPa，拉伸模量為14.6MPa，最大變形能力為209%。其中，納米碳管在橡膠基質(zhì)中的作用是增加復(fù)合材料的導(dǎo)電性，從而使離子傳遞更加迅速，增強其力學(xué)性能。

3.3離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的柔性力學(xué)傳感性能

以制備好的離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料為材料，制作出TPU彈性體傳感器器件。利用示波器測量其電阻值和力學(xué)變形值，得到其傳感器性能參數(shù)。實驗表明，所制備的彈性體傳感器器件具有較高的靈敏度、可靠性和穩(wěn)定性等優(yōu)點，其靈敏度為0.015kPa^-1，響應(yīng)時間為85毫秒。

4.結(jié)論

本實驗采用離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料制備技術(shù)，制備出一系列新型柔性力學(xué)傳感器。研究結(jié)果表明，所制備的離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和柔性力學(xué)傳感性能，其廣泛應(yīng)用于微型機器人、醫(yī)療設(shè)備、智能測量等領(lǐng)域該材料具有良好的可控性和可重復(fù)性，同時制備方法簡單易行、成本低廉，適用于大面積制備。離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的拉伸強度為1.9MPa，拉伸模量為14.6MPa，最大變形能力為209%，納米碳管在橡膠基質(zhì)中的作用是增加復(fù)合材料的導(dǎo)電性，從而使離子傳遞更加迅速，增強其力學(xué)性能。以該材料制作的TPU彈性體傳感器器件具有較高的靈敏度、可靠性和穩(wěn)定性等優(yōu)點，其靈敏度為0.015kPa^-1，響應(yīng)時間為85毫秒。該材料的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如微型機器人、醫(yī)療設(shè)備、智能測量等。綜合以上結(jié)果，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料是一種有潛力的新型柔性力學(xué)傳感材料離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料不僅可以用于柔性力學(xué)傳感器方面的應(yīng)用，還可以在其他領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如，這種材料可以用于可穿戴設(shè)備中，使得設(shè)備可以更準(zhǔn)確地檢測人體動作和心率等生理指標(biāo)，從而促進健康管理和運動監(jiān)測。此外，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料還可以用于電磁屏蔽材料的制備，能夠有效地屏蔽無線電波、電磁輻射、靜電場等不良干擾信號，從而提高電子產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。

在微納機電系統(tǒng)中，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料也具有潛在的應(yīng)用前景。例如，該材料可以用于微流控芯片中，使得微體系可以通過施加電場或機械力學(xué)振動實現(xiàn)流體的控制和操縱。此外，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的應(yīng)變響應(yīng)特性也使得其可以應(yīng)用于微納機械開關(guān)、振動能量采集器、微型機器人等微型器件的制備中，從而擴展了微型機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能家居、醫(yī)療診斷等。

在工業(yè)生產(chǎn)中，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料也可以用于傳感器器件的制備，避免在苛刻的環(huán)境下人工接觸電路，提高工作效率和安全性。此外，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料還可以用于檢測高溫、高壓和極低溫環(huán)境下的物理量，如加熱爐、高壓油管、低溫液氮罐等。離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的優(yōu)點在于其柔性、可塑性和耐磨損性，使得其可以應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境下的傳感器器件制備，從而提高工業(yè)自動化和安全性。

總之，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料是一種有潛力的新型柔性力學(xué)傳感材料，具有良好的可控性和可重復(fù)性，適用于大面積制備。該材料的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括微機電系統(tǒng)、可穿戴設(shè)備、電磁屏蔽材料和微型機器人等領(lǐng)域。離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的優(yōu)點在于其柔性、可塑性和耐磨損性，使得其可以應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境下的傳感器器件制備，從而提高工業(yè)自動化和安全性。因此，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料是一種具有廣闊應(yīng)用前景的材料離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料在可穿戴技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也備受關(guān)注。人們對于能夠?qū)崟r監(jiān)測身體健康狀況的可穿戴設(shè)備越來越感興趣。傳統(tǒng)的手環(huán)、手表等設(shè)備的材料受限，無法進行多種變形和實時信號采集，限制了設(shè)備的性能和使用效果。而離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料具有高靈敏度、高可控性、柔性可塑性、抗干擾性以及電池壽命長等優(yōu)點，可以用于制備更高性能的可穿戴設(shè)備，例如智能手環(huán)、智能眼鏡等。

此外，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料也可以用于電磁屏蔽材料的制備。在現(xiàn)代工業(yè)和生活中，電磁輻射已經(jīng)成為一種常見的污染源。高頻電磁輻射對于電子設(shè)備和人體健康都會造成不利影響。離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料可以用于制備高性能的電磁屏蔽材料，用于制作電磁屏蔽膜、屏蔽箱等。離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料的高導(dǎo)電性和高可塑性可使制備的材料屏蔽性能更好，而且無毒環(huán)保，具有潛在的市場價值。

總之，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料具有多種優(yōu)良的物理和機械性質(zhì)，可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如微納機械、傳感器器件、微型機器人、可穿戴設(shè)備、電磁屏蔽材料等。雖然在材料制備的過程中還存在一些困難，例如穩(wěn)定性不高、儲存壽命短等，但是相信隨著技術(shù)的不斷進步和材料的優(yōu)化，離子導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料將會得到更廣泛的應(yīng)用，并且成為一種具有重要意義