第3章　力敏导电橡胶的理论基础

3.1　概述

传感器敏感单元是组成传感器系统的关键部分，而敏感材料的性能是决定敏感单元功能的基础。目前触觉传感器采用的敏感材料普遍存在柔顺性不足、缺乏通用性、造价高以及可靠性差等缺点。其中，柔顺性不足是已有触觉传感器难以和人类皮肤相媲美的一个重要原因，因此，研制符合要求的敏感材料是实现触觉传感器“类皮肤”的关键技术之一。

力敏导电橡胶以其良好的柔韧性、可靠性以及低廉的价格被越来越多的研究者选用作为触觉传感器的敏感材料。导电橡胶属于复合型导电高分子材料的一种，是将各种导电填料分散在绝缘的硅橡胶材料中加工而成。除具备良好的导电性之外，导电橡胶还具有优异的力敏特性、优良的环境密封性以及良好的屏蔽功能，目前导电橡胶已经成为用量最大的一种导电复合材料。本文介绍的柔性多维触觉传感器正是基于导电橡胶材料的力敏特性，即橡胶材料在不受外力的情况下，内部的导电粒子彼此接触很少，橡胶呈现高阻态，当有外力作用时，力敏导电橡胶中的导电粒子分布发生改变，其电阻值也会随之发生相应变化。

导电橡胶的导电填料主要有炭黑、金属材料和碳纤维等。其中，炭黑填充型导电橡胶是目前应用最广泛的一种导电橡胶材料，主要是因为炭黑具有价格低廉、实用性强的优点，此外，炭黑能根据不同的导电要求选择不同的种类、型号，达到不同的导电效果。但是因为炭黑的颜色只能是黑色，因此不适合要求美观的应用场合。

近几年，随着电子电路技术的发展，导电橡胶的良好导电性、柔韧性、抗老化性及力敏特性等性能在电子、电信、军工、航空航天、医药等许多领域得到广泛应用，主要用于触觉传感器研制、电磁屏蔽、防静电、防电磁扰动等。同时，随着现代科技的不断进步以及消费市场的迫切需求，涌现出了大批集合高精尖技术的新型电子产品，与之相匹配，多种高精密的新型导电橡胶制品也相继问世，见图3-1。

本章主要对采用炭黑填充型导电橡胶作为敏感材料的触觉传感器的导电橡胶的导电性及力敏特性作简要阐述，并介绍力敏导电橡胶在触觉传感器研究中的应用。

图3-1　各种高精密的新型导电橡胶制品