[发明专利]用于研究导电高分子复合材料压阻特性的四线测量法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于研究导电高分子复合材料压阻特性的四线测量法，属于传感器技术领域。

背景技术

随着科技的发展，在很多现代工程应用领域都迫切需要能够完成压力测量的柔软传感器。导电高分子复合材料具有柔软性和压阻特性，故而这种复合材料可作为柔软压力传感器的敏感材料。近些年来，很多科研机构都致力于研究基于这种材料的柔软压力传感器。导电高分子复合材料作为一种新型功能材料，其压阻效应非常复杂，对其压阻特性与机理的深入研究是成功研制柔软传感器的核心与关键，因此，导电高分子复合材料压阻效应研究成为了国际上的研究热点。目前，绝大多数导电高分子复合材料试样都采用两线法测量其压阻特性，但是，由于导电高分子复合材料与电极之间存在接触电阻，因此，在压阻数据获取时，无法区分接触电阻与导电高分子复合材料本身的电阻，进而影响对其压阻特性与机理的研究。有一些研究机构采用四线法对拉伸状态下的导电高分子复合材料试样的拉力-电阻特性进行测试与研究，可以有效地减小接触电阻的不利影响。但是，这种方法无法应用到对压缩状态下的导电高分子复合材料压阻特性的测量。因此，为了更准确地研究导电高分子复合材料的压缩压阻特性，进而提高基于这种材料的柔软压力传感器的测量精度，亟需一种既能够有效地消除接触电阻的不利影响，又能够适用于导电高分子复合材料在压缩过程中的压阻特性测量的方法。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种用于研究导电高分子复合材料压阻特性的四线测量法。本发明所述的四线测量法是基于一种包括两个电流端和两个电压端的四线式压阻试样，该元件由底层组件、中间层组件和顶层组件三部分构成；测量四线式压阻试样压阻特性时，将施力压块放置在顶层组件之上，将四线式压阻试样的两个电流端接到恒流源、将四线式压阻试样的两个电压端接入具有高输入阻抗的电压测量装置，这种连接方式可消除接触电阻对测量精度带来的不利影响，从而更准确地研究导电高分子复合材料的压阻特性与机理，进而为研制基于导电高分子复合材料的柔软压力传感器提供技术基础和理论依据。

本发明所述的四线式压阻元件的制备方法，包括以下步骤：

(1)、底层组件是通过在一块绝缘刚性板上覆合正方形铜箔电极制备而成，该铜箔电极即作为四线式压阻试样的第一个电流端；中间层组件是通过在一块中心部位具有矩形通透槽的绝缘刚性板中设置一根金属引线制备而成，矩形通透槽的宽度与底层组件的正方形铜箔电极的边长相同，矩形通透槽的长度比底层组件的正方形铜箔电极的边长略长，所述金属引线在靠近矩形通透槽的一侧伸出一部分，伸出部分的长度与底层组件的正方形铜箔电极的边长之和等于中间层组件的矩形通透槽的长度，该金属引线即作为四线式压阻试样的第一个电压端；顶层组件是通过在一块绝缘刚性板上覆合两部分互相绝缘的电极制备而成，绝缘刚性板的底面为矩形，其长和宽与中间层组件的矩形通透槽相同，两部分互相绝缘的电极分别作为四线式压阻试样的第二个电流端和第二个电压端；顶层组件的电流端为正方形铜箔电极，其边长与底层组件的正方形铜箔电极的边长相同；顶层组件的电压端为靠近绝缘刚性板边缘位置的金属引线，该电压端略超出顶层组件底面；

(2)、将底层组件和中间层组件叠放在一起，且保证底层组件的正方形铜箔电极的一侧与中间层组件的矩形通透槽的一个边缘重合；将一块有机玻璃切割成长方体，该长方体型有机玻璃底面为正方形，边长与底层组件的正方形铜箔电极的边长相同，高度与中间层组件的矩形通透槽的高度相同，将长方体型有机玻璃放入中间层组件的矩形通透槽中，且保证所述长方体型有机玻璃的底面与底层组件的正方形铜箔电极完全重合；将聚二甲基硅氧烷、交联剂和有机溶剂按一定比例混合，在机械搅拌的作用下形成聚二甲基硅氧烷胶状物，将其灌入长方体型有机玻璃和中间层组件的矩形通透槽之间的缝隙处，待聚二甲基硅氧烷硫化成型后，抽离长方体型有机玻璃；在硫化后的二甲基硅氧烷薄层的顶端位置开豁口，其尺寸与顶层组件上的电压端超出顶层组件底面的部分的尺寸相同；