Состав для пьезорезистивного материала Советский патент 1992 года по МПК H01B1/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к составам для использования в датчиках давления, тензометрических устройствах, элементах коммутации электрических сигналов и т.д.

Известны составы, содержащие силиконовый каучук, растительное масло и графит в виде порошка. Материал имеет электрическое сопротивление, не превышающее 500 Ом м для давления, не превышающего 500 г/см, величина изменения сопротивления при изменении давления на 500 г/см будет не менее 1 Ом м. Недостатком такого материала является низкая пьезочувстви- тельность, малое изменение удельного сопротивления - 1 Ом м при относительно большом изменении давления на 500 г/см.

Известны составы, содержащие полиэтилен, полипропилен, политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиакриламид (размер частиц 50 мкм) и наполнитель - мелкодисперсные медь, олово, железо, алюминий в виде порошков с размером частиц 0,01 - 0,1 и 1 - 10 мкм. Наибольшая чувствительность достигается при давлении на образцы свыше 500 МПа при содержании наполнителя до 30% и составляет около 8.

Однако использование этого состава затруднительно, так как необходимо создание очень высоких давлений, что технически сложно осуществить и требует значительных материальных затрат. Состав приготовляется методом прессования, что затрудняет получение хороших образцов с воспроизводимыми параметрами.

VJ со

Јц

ю

4

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является состав, содержащий полимер и мелкодисперсную полупроводниковую добавку. В качестве полимеров используются полиэтилен или поливинилиденфторид, в качестве добавки - халькогениды редкоземельных элементов, например, SmS. Наибольшая чувствительность этого состава к давлению, определяемая как а др0/р, где pa - удельное сопротивление при атмосферном давлении, р удельное сопротивление при давлении равном 4 МПа, зарегистрирована при следующем соотношении компонентов, полимер-40-80%, добавка - 20-60%. Максимум наблюдается при содержании добавки, равной 40%.

Однако максимальная чувствительность недостаточна для непосредственного использования материала без средств дополнительного усиления и достигается она при относительно высоком давлении 450 ПМа, что затрудняет применение этого материала. Кроме того, этот состав предполагает изготовление пьезорезистивного материала методом прессования, что резко ухудшает воспроизводимость параметров от образца к образцу.

Целью изобретения является повышение чувствительности при малых давлениях.

Поставленная цель достигается тем, что состав, включающий полимер и мелкодисперсную добавку, в качестве последней содержит пьезоэяектрик и органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полимер13-23

Пьезоэлектрик11-20

РастворительОстальное

Кроме того, цель достигается тем, что в качестве полимера он содержит полиари- ленфталиды или изопреновый каучук.

Цель также достигается тем, что в качестве пьезоэлектрика он содержит соединения группы силленитов или кварц.

В качестве примеров были использованы полимеры класса полиариленфталидов, такие как, полидифениленфталид, полиди- фениленсульфидфталид, полифлуренилен- фталид, кроме того, изопреновый каучук. В качестве пьезоэлектриков были использованы мелкодисперсные порошки кварца, Bii2Ge020, BH2Si020. В качестве органических растворителей были использованы хлороформ, хлористый метилен, диоксан, циклогексанон, диметилформамид, дихлорэтан, петролейный эфир.

Выбор пределов концентраций компонентов состава для пьезорезистивного материала обусловлен следующим. Увеличение процентного содержания пьезоэлектрика выше указанного в таблице значения - 22% приводит к ухудшению пленкообразующих свойств композиции, в частности, утрачивается механическая прочность. Уменьшение содержания пьезоэлектрика ниже 11% приводит к исчезновению положительного эффекта.

Состав получают путем смешивания порошков полимера и пьезоэлектрика до получения однородной массы с помощью диспергатора типа УЗДН-1 и последующего растворения в органическом растворителе. Примеры, иллюстрирующие получение

состава приведены в таблице. Например: полимер- полидифениленфталид в виде порошка в количестве 300 мг и порошок герма- ната висмута в количестве 160 мг смешивают и затем добавляют 3 г циклогек- санона. Все компоненты тщательно перемешиваются с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН-1 до получения однородной эмульсии.

Использование изобретения позволит повысить пьезочувствительность до 10 при

малых давлениях 300 г/см; повысить электропроводность до 10 (Ом см); повысить технологичность пьезочувствительного материала вследствие его растворимости и термостойкости (исходный полимер имеет

температуру размягчения 380°С); достичь воспроизводимости параметров эффекта, так как исходные вещества хемо- и термостойкие; расширить область применения материала за счет нетрадиционного способа получения высокой проводимости, а также большого динамического диапазона изменения проводимости 10; расширить область рабочих температур в область отрицательных -196- +150°С.

Формула изобретения 1. Состав для пьезорезистивного материала, содержащий полимер и мелкодисперсную добавку, отличающийся тем,

что, с целью повышения чувствительности пьезорезистивного материала при малых давлениях, он в качестве полимера содержит полидифениленфталид, полифлуорени- ленфталид или изопреновый каучук (1), в

качестве мелкодисперсной добавки - порошок пьезоэлектрика и дополнительно органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мае. %: Полимер 13-23

Порошок пьезоэлектрика 11-20

Органический растворительОстальное

2. Состав по п. 1,отличающийся тем, что в качестве пьезоэлектрика он содержит германат или силленит висмута или кварц.

Изобретение относится к электротехнике и позволяет получать материалы для ис- пользования в датчиках давления, тензометрических устройствах и т.д. Цель изобретения - повышение чувствительности пьезоэлектрического материала при малых давлениях. Состав, содержащий полимер, порошок пьезоэлектрика и органический растворитель, позволяет получить пьезоэлектрический материал с пьезочувствитель- ностью до 10 при давлении 350 гс/см2. 1 з,п. ф-лы, 1 табл.

Полимеры: I -полидифениленфталид, II - полифлуорениленфталид, III - изопреновый каучук; пьезоэлектрик - BiizGeOao номер соответствует номеру полимера; растворители: I, II - циклогексанон, III - петролейный эфир.