用导电球作为探针来表征软压阻薄膜的灵敏度

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:31
文章英文标题
Using a conductive sphere as a probe to characterize the sensitivity of soft piezoresistive films
正文
柔性压阻薄膜,如炭黑/聚二甲基硅氧烷( C‐PDMS )复合材料,常被用作皮肤类似物并集成到复杂阵列传感器中进行触觉传感。传感器特性的均匀性很大程度上取决于复合材料的均匀性。因此,对将集成到复杂力传感器中的薄膜进行局部表征的能力可能至关重要。这里提出了一种表征柔性压阻薄膜局部灵敏度的方法。利用在平板探头上选择的导电球来消除不对中问题,用薄膜复合材料的表面压痕来表征电阻率随平均应变的变化。实验采用15和18   wt %的炭黑C‐PDMS薄膜进行变厚度实验。利用Johnson - Roberts - Kendall接触理论估算了探针与压阻膜的接触半径。理论接触面积估算结果与利用光学显微镜观察到的光学透明PDMS薄膜进行的接触半径测量结果一致。结果表明,15  wt %炭黑的C- PDMS比18  wt %炭黑的相同厚度的薄膜表现出更高的电阻率和规整因子变化速率。另一方面,较厚的薄膜对测试的两种碳黑含量表现出较高的规范因子。在多个位置进行的试验获得了一致的灵敏度值,使这些类型的复合材料适用于阵列式力传感器。
文章内容(英文)
Flexible piezoresistive films, such as, carbon black/polydimethylsiloxane (C‐PDMS) composites, are often used as skin analogs and integrated into complex array sensors for tactile sensing. The uniformity of the sensor characteristics heavily depends on the homogeneity of the composite. Therefore, the ability to locally characterize a film that will be integrated into a complex force sensor could be critical. Here, a method to characterize the local sensitivity of flexible piezoresistive films is presented. Using a conductive sphere, which was chosen over a flat probe to eliminate misalignment issues, the surface of a thin film composite is indented to characterize the change in resistivity in terms of average strain. Experiments were performed with 15 and 18 wt% carbon black C‐PDMS films of varying thickness. The contact radius of the probe with the piezoresistive film was estimated using the Johnson‐Roberts‐Kendall contact theory. Theoretical contact area estimates were found to agree with contact radius measurements carried out using optically transparent PDMS films observed through an optical microscope. Results show that C‐PDMS with 15 wt% carbon black exhibit a higher rate if change of resistivity and gauge factor than films of same thickness with 18 wt% carbon black. On the other hand, thicker films exhibit higher gauge factors for the two tested carbon black contents. Tests carried out at multiple locations yielded consistent sensitivity values, making these types of composites suitable for array type force sensors.
来源出处
Journal|[J]Journal of Applied Polymer ScienceVolume 138, Issue 18. 2020.
DOI
https://doi.org/10.1002/APP.50349

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