[发明专利]导电复合材料

说明书

一种压敏导电复合材料包括一定含量的磁铁矿颗粒，其中磁铁矿颗粒的量包括在亚微米至数十微米之间的粒度分布，并且其中磁铁矿颗粒具有多个平面，相邻的平面在顶点处连接，每个颗粒具有多个顶点，其中磁铁矿颗粒的形状不规则并且具有低纵横比。

本申请是申请号为201680073370.5，申请日为2016年12月15日，发明名称为“导电复合材料”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种导电复合材料，并特别涉及这样一种包括呈颗粒形式的磁铁矿的复合材料。

背景技术

在受到压缩力或张力时呈现出变化的电阻的导电复合材料是已知的。通常，这些复合材料包括带有孔洞的颗粒和可通过量子隧穿导电。

量子隧穿描述了当颗粒间距离减小致使相邻导电颗粒之间的绝缘阻挡层非常薄，以致穿过薄绝缘阻挡层发生量子隧穿的导电机制。填料颗粒中的尖峰和孔洞的存在放大了复合材料内的电场。大的电阻范围是量子隧穿的结果。

场增强量子隧穿发生在含有孔洞的填料颗粒上。通过考虑假想闭合表面来跟踪颗粒上的突起以限定孔洞。如果假想的闭合表面所包围的体积大于填料颗粒的体积，则表明填料颗粒上存在突起。这些突起是场增强隧穿的来源。场增强的程度取决于突起的数量和尖锐度。本说明书中提到的是外部突起之间的孔洞，而不是中空材料如碳纳米管中的孔洞。

带有孔洞的颗粒是诸如尖刺状镍的颗粒。

GB2450587描述了一种导电聚合物复合材料，其包括非导电聚合物粘合剂，带有孔洞的第一导电填料颗粒和针状的第二导电填料颗粒。

据称，GB2450587中描述的发明降低了噪声并且允许对压缩与电阻变化之间的关系的更好的控制。

尽管使用导电针状颗粒允许降低复合材料的起始电阻，但仍然保留起始电阻。此外，尽管使用导电针状颗粒可以降低噪声，但是电信号仍然是有噪声的，因为噪声与场增强量子隧穿相关联。

Weifenfeller，Hoffer和Schilling在(Thermal and Electrical PropertiesofMagnetite FilledPolymers,Composites:PartA33(2002)1041-1053,2002年7月1日)中发现，当将仅包含有非常小比例的SiO₂形式的其他物质的特别纯天然形式的磁铁矿(Fe₃O₄)与聚合物粘合剂通过挤出或注射成型混合时，当磁铁矿加载量大于30体积％，复合材料的电阻率下降，并且当磁铁矿加载量达到33体积％时达到渗透阈值。

生产对压力变化敏感、具有宽工作范围和表现为低噪声的导电聚合物是所需要的。

令人惊奇的是，已经发现Weifenfeller，Hoffer和Schilling使用的仅包含有非常小比例的SiO₂形式的其他物质的特别纯天然形式的磁铁矿(Fe₃O₄)的复合材料，能够产生具有增强的性能特征的压敏导电复合材料。该发明采用的磁铁矿形式通常包含最少98.1％的磁铁矿和最多0.3％的SiO₂。

此外，已经发现，通过将上述特定形式的磁铁矿与不同形状的颗粒例如导电材料的树枝状或球形颗粒混合，可以获得更大的性能特征的增强。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种压敏导电复合材料，其包括一定含量的第一导电颗粒，该第一导电颗粒是磁铁矿颗粒，其中磁铁矿颗粒的量包括在亚微米和数十微米之间的粒度分布，并且其中磁铁矿颗粒具有多个平面，相邻的平面在顶点处连接，每个颗粒具有多个顶点，其中磁铁矿颗粒的形状不规则并具有低纵横比。

导电复合材料的电阻根据施加至其上的压力而变化，电阻随着施加压力的增大而减小并随着施加压力的减小而增大。