基于碳納米管-環(huán)氧樹脂復合材料的應變傳感器研究.pdf

1、碳納米管復合材料的電阻隨外部應變而變化，利用復合材料的壓阻特性可以制作應變傳感器。盡管許多研究者已經研究了碳納米管聚合物復合材料在直流條件下的介電行為，但這種材料在交流條件下的導電機理仍不清楚。
　　本研究采用多種混合方式結合的方法制備了多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料，對復合材料的力學性能進行了簡單的研究，并開發(fā)了一套復合材料-電極一體化成型工藝，制作了高靈敏度的應變傳感器，通過實驗測試和理論分析研究了直流和交流條件下復合材料的導

2、電和壓阻特性。
　　首先，本研究使用行星攪拌儀和超聲分散器相結合攪拌的方法制備了分散良好的碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料。使用自制精密拉伸實驗臺對復合材料的力-電性能進行探究，結果表明隨著碳納米管質量分數的增加，碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料的楊氏模量先增大后降低。當碳納米管質量分數較低時，復合材料的導電行為與非導電材料相似，但當復合材料碳納米管含量大于特定值時，復合材料變得導電。實驗結果表明，復合材料的導電滲流閾值為0.3％。復合材料的

3、導電性能可歸因于兩種機理：（1）碳納米管在基體中形成完整的導電網絡，（2）碳納米管之間的“隧道效應”。
　　第二，本研究開發(fā)了一種復合材料-電極一體化成型新工藝，使復合材料薄膜與電極良好連接，傳感器的制作效率顯著提高，性能更加穩(wěn)定。在本研究中，測試了新型復合材料應變傳感器的直流特性，其中，碳納米管質量分數為0.2%的應變片的靈敏系數能夠達到120以上，比普通箔式應變片的靈敏系數大24倍，此外，研究還表明復合材料傳感器在碳納米管含量

4、較低時對應變非常敏感。
　　第三，本研究還探究了復合材料傳感器的交流電介質行為。實驗測試表明，交流電流的頻率不影響傳感器的損耗角正切，但隨著應變的增長，損耗角正切的變化率逐漸增大。在相同應變水平下，復合材料中的碳納米管質量分數越低，損耗角正切的變化率越大。這種現象可以用等效電容-電阻并聯(lián)電路模型解釋。在交流條件下，損耗角正切的變化率和等效電阻的變化率對應變都有很高的靈敏度及穩(wěn)定度，可以檢測到非常微小的應變，利用交流測量方法，可以使