)，更優(yōu)選為5-25兆拉德。本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選劑量5-25兆拉德能夠保證導(dǎo)電橡膠既具有良好的力學(xué)性能又具有良好的柔韌性和電阻回復(fù)性。其 中，拉德(rad)是每單位物質(zhì)質(zhì)量所接受的福射能量的計(jì)量單位，1M rad = l X 106rad。
[0051 ] 本發(fā)明實(shí)施例中，所述導(dǎo)電橡膠材料的電阻率為5.0 X 102-1.0 X 101° Ω . cm。所述 導(dǎo)電橡膠材料的電阻率低于5.ΟΧΙΟ2 Ω .cm，應(yīng)變-電阻效應(yīng)較弱，而當(dāng)材料電阻率高于1.0 X 101() Ω . cm，導(dǎo)電橡膠由低電阻率時的導(dǎo)電介質(zhì)接觸導(dǎo)電機(jī)制轉(zhuǎn)變成接觸導(dǎo)電機(jī)制和隧道 效應(yīng)導(dǎo)電機(jī)制并存，甚至完全變成隧道效應(yīng)導(dǎo)電機(jī)制，而隧道效應(yīng)的導(dǎo)電機(jī)制容易造成導(dǎo) 電橡膠的電阻穩(wěn)定性、回復(fù)性變差，并且在導(dǎo)電橡膠制造過程中控制電阻集中度和應(yīng)變-電 阻效應(yīng)的穩(wěn)定性的難度增加。本發(fā)明實(shí)施例所述導(dǎo)電橡膠材料具有優(yōu)異的電阻率，賦予所 述導(dǎo)電橡膠材料更好的應(yīng)用性能。
[0052]本發(fā)明實(shí)施例提供的用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料，由導(dǎo)電性填料分散在橡膠 材料中經(jīng)電子束或者γ射線輻射交聯(lián)制成，相對于采用硫磺或有機(jī)過氧化物作交聯(lián)劑的化 學(xué)交聯(lián)法，具有生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小、交聯(lián)密度容易控制以及導(dǎo)電橡膠電阻分布窄的優(yōu) 點(diǎn)。
[0053]所述導(dǎo)電橡膠材料具有良好的柔性和彈性，能夠產(chǎn)生較高的機(jī)械形變量。具體的， 所述導(dǎo)電橡膠材料在拉力作用下可以產(chǎn)生100%以上的拉伸形變，在壓力作用下可以產(chǎn)生 50%以上的壓縮形變。進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例所述導(dǎo)電橡膠材料在外力作用下產(chǎn)生形變 的同時，其電阻值和電容均發(fā)生變化，即能夠同時產(chǎn)生應(yīng)變-電阻效應(yīng)和應(yīng)變-電容效應(yīng)，且 應(yīng)變-電阻效應(yīng)和應(yīng)變-電容效應(yīng)趨勢相反。更具體的，本發(fā)明實(shí)施例所述導(dǎo)電橡膠材料在 拉力或壓力作用下其電阻隨著拉伸形變增加不斷下降，呈現(xiàn)負(fù)電阻-應(yīng)變效應(yīng)，如當(dāng)傳感器 的形變量為30%時其電阻值產(chǎn)生至少5倍的變化，其變化甚至可高達(dá)100倍以上;所述導(dǎo)電 橡膠材料拉力或壓力作用下其電容值隨著形變增加不斷增加，呈現(xiàn)正電容-應(yīng)變效應(yīng)，如當(dāng) 傳感器的形變量為30 %時其電容值產(chǎn)生至少10倍的變化，其變化甚至可高達(dá)500倍以上。且 本發(fā)明實(shí)施例所述導(dǎo)電橡膠材料具有良好的信號靈敏性和穩(wěn)定性，其電阻率介于5.0 X 102-1·0Χ101()Ω .cm之間，特別適用于作為應(yīng)變性傳感器(如拉力和壓力應(yīng)變型傳感器）的 敏感單元材料。
[0054] 本發(fā)明實(shí)施例所述用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料可以通過下述方法制備獲得。
[0055] 相應(yīng)地，一種用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料的制造方法，包括以下步驟：
[0056] S01.按照上述用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料的配方稱取各組分；
[0057] S02.將各組分進(jìn)行混煉處理，得到混煉膠；
[0058] S03.將所述混煉膠進(jìn)行成型處理；
[0059] S04.采用電子束或γ射線輻射的方法對經(jīng)過成型處理的樣品進(jìn)行交聯(lián)，得到具有 應(yīng)變-電阻效應(yīng)的導(dǎo)電橡膠。
[0060]具體的，上述步驟S01中，用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料的配方組分及其優(yōu)選情 形如上文所述，為了節(jié)約篇幅，此處不再贅述。
[0061]上述步驟S02中，將各組分進(jìn)行混煉處理時，為了提高混煉效果，得到分散均勻的 混煉膠，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選按照順序依次將所述橡膠基體、增容劑、導(dǎo)電填料加入到開煉機(jī) 或密煉機(jī)中進(jìn)行混煉，得到混煉膠。
[0062] 上述步驟S03中，所述成型處理可以通過橡膠成型設(shè)備實(shí)現(xiàn)，通過成型處理可以獲 得具有一定尺寸的片材或者通過模具直接成型為特定的形狀。具體的，所述成型設(shè)備包括 螺桿擠出機(jī)、壓延機(jī)和平板硫化機(jī)。
[0063] 上述步驟S04中，作為優(yōu)選實(shí)施例，采用電子束或γ射線輻射的方法對經(jīng)過成型處 理的樣品進(jìn)行交聯(lián)時，所述電子束或者γ射線輻射的劑量為5_25Mrad具體的，當(dāng)輻照劑量 低于5Mrad時，橡膠交聯(lián)度不足，不僅機(jī)械力學(xué)性能差而且橡膠回彈性差，從而導(dǎo)致應(yīng)變傳 感器的電阻回復(fù)能力差；當(dāng)劑量高于30Mrad時，橡膠材料的機(jī)械力學(xué)性能變差、柔性和彈性 下降，因?yàn)橄鹉z受到輻射而發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的同時也會發(fā)生降解反應(yīng)，只是反應(yīng)速率不同，在 劑量低于30Mrad時，以交聯(lián)反應(yīng)為主，而當(dāng)劑量高于30Mrad時，降解反應(yīng)進(jìn)一步增加甚至變 成主反應(yīng)，降低橡膠的柔性和彈性。作為優(yōu)選實(shí)施例，所述高能電子束或γ射線的輻照劑量 5-30兆拉德(Mrad)，更優(yōu)選為5-25兆拉德。本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選劑量5-25兆拉德能夠保證導(dǎo) 電橡膠既具有良好的力學(xué)性能又具有良好的柔韌性和電阻回復(fù)性。此外，由于輻照交聯(lián)的 過程中氧的存在會導(dǎo)致氧化降解，因此，S03步驟得到的橡膠片材需要抽真空包裝。
[0064] 進(jìn)一步的，可將交聯(lián)后的片材裁切成一定形狀作為傳感器的敏感單元，或者直接 將步驟S03中模具成型得到的特定形狀作為傳感器的敏感單元，在敏感單元上制作金屬電 極，得到拉力型應(yīng)變傳感器或者壓力型應(yīng)變傳感器。
[0065] 本發(fā)明實(shí)施例所述導(dǎo)電橡膠材料的制備方法，采用電子束或γ射線輻射進(jìn)行交 聯(lián)，可以通過控制吸收劑量隨意的調(diào)控橡膠的交聯(lián)度，且電子束或γ射線可以穿透橡膠膠 層，使得橡膠整體交聯(lián)度一致均勻;所述橡膠導(dǎo)電材料用作傳感器敏感單元材料時，可以實(shí) 現(xiàn)應(yīng)變型傳感器的電阻值的分布的一致性，特別是電阻電容等電信號在外力作用下的變化 的靈敏性、穩(wěn)定性、回復(fù)性等性能。此外，本發(fā)明實(shí)施例方法簡單可控，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
[0066] 以及，一種應(yīng)變型傳感器，包括敏感單元和設(shè)置在所述敏感單元兩端的金屬電極， 所述敏感單元由上述用于柔性傳感器的導(dǎo)電橡膠材料制成。
[0067] 本發(fā)明實(shí)施例中，所述導(dǎo)電橡膠材料中導(dǎo)電填料在橡膠基體中通過微觀的相互接 觸形成導(dǎo)電通路，當(dāng)材料受到外力作用時，材料內(nèi)部相鄰導(dǎo)電粒子的間距發(fā)生變化，導(dǎo)致依 靠導(dǎo)電粒子的接觸而形成的導(dǎo)電通路發(fā)生變化，引起宏觀上導(dǎo)電橡膠材料的電阻發(fā)生變 化，使得所述導(dǎo)電橡膠材料具有力-電阻效應(yīng)，施加在導(dǎo)電橡膠上的外力包括拉力和壓力兩 種。
[0068] 所述敏感單元在拉力和壓力作用下分別產(chǎn)生拉伸應(yīng)變和壓縮應(yīng)變，隨形變增加， 敏感單元形變增加方向的電阻值下降，呈現(xiàn)出負(fù)的應(yīng)變-電阻效應(yīng)。所述應(yīng)變型傳感器在受 到外界拉力或壓力作用之后，敏感單元沿著形變方向被拉伸或者壓縮，即電極間距離增加 或者減小，同時垂直于形變方向的敏感單元的截面積相應(yīng)的減小或者增大；同時，敏感單元 在外力下產(chǎn)生的形變導(dǎo)致敏感材料內(nèi)部導(dǎo)電粒子間隙的變化引起材料微觀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生 變化，從而導(dǎo)致敏感材料電阻率的變化，進(jìn)而造成材料介電常數(shù)隨外力作用發(fā)生變化。因 此，材料電阻率、材料的介電常數(shù)、敏感單元電極間距離等因子隨外力的綜合變化最終導(dǎo)致 了傳感器敏感單元兩端電極之間的電容值在外力作用下發(fā)生變化。因此，本發(fā)明所述以導(dǎo) 電橡膠作為敏感單元的柔性應(yīng)變型傳感器，在受到外界拉力或壓力作用時，傳感器不僅產(chǎn) 生電阻值的變化，同時也發(fā)生電容值的變化，且應(yīng)變-電阻效應(yīng)為負(fù)應(yīng)變-電阻效應(yīng)，應(yīng)變-電容效應(yīng)為正應(yīng)變-電阻效應(yīng)。所以，本發(fā)明實(shí)施例所述柔性應(yīng)變型傳感器可以作為應(yīng)變-電阻傳感器，也可以作為應(yīng)變-電容傳感器。
[0069] 具體的，所述應(yīng)變型傳感器中，所述敏感單元的材料為上述導(dǎo)電橡膠材料，所述導(dǎo) 電橡膠材料通過在橡膠基體中填充導(dǎo)電填料、經(jīng)電子束或γ射線輻照交聯(lián)而制成，具體的 配方及其各組分情況已在上文中詳細(xì)陳述，此處不再說明。所述金屬電極選自金屬箱、金屬 片、金屬膜或異形金屬件中的一種。
[0070] 本發(fā)明實(shí)施例可以通過導(dǎo)電膠粘合、高溫?zé)釅?、?dǎo)電銀漿絲網(wǎng)印刷、真空鍍膜或者 機(jī)械壓接的方式將所述金屬電極制作在敏感單元的表面。其中，所述導(dǎo)電銀漿為紫外光固 化型;所述真空鍍膜的方法包括蒸發(fā)鍍膜、磁控濺射鍍膜、離子鍍膜。
[0071] 本發(fā)明實(shí)施例所述應(yīng)變性傳感器的制備方法，可將交聯(lián)后的片材裁切成一定形狀 作為傳感器的敏感單元;或者直接將制備所述導(dǎo)電橡膠材料的上述步驟S03中模具成型得 到的特定形狀作為傳感器的敏感單元，在敏感單元上制作金屬電極，得到拉力型應(yīng)變傳感 器或者壓力型應(yīng)變傳感器。
[0072] 本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)變型傳感器，包括同時具有應(yīng)變-電阻效應(yīng)和應(yīng)變-電容效 應(yīng)的敏感單元以及設(shè)置在所述敏感單元兩端的金屬電極。通過檢測所述應(yīng)變型傳感器在被 拉伸或被壓縮時電阻值或電容值的變化，或者將電阻值轉(zhuǎn)換成電壓或電流值，能夠在生物 力學(xué)、康復(fù)醫(yī)療、智能穿戴以及人工智能等領(lǐng)域進(jìn)行力的測量，具有廣泛的應(yīng)用前景。此外， 所述應(yīng)變型傳感器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，容易安裝，方便使用。
[0073]下面，結(jié)合具體實(shí)施了進(jìn)行說明。本發(fā)明實(shí)施例中，所述三元乙丙橡膠(EPDM)可選 自吉林化工牌號為J-3080的三元乙丙橡膠，該三元乙丙橡膠中乙烯的重量百分含量為 68.5-74.5%;所述天然橡膠(NR)可選自海南