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    新型傳感材料在力傳感器的應用和發展前景

    時間:2023-05-23 點擊次數:

    新的稱重傳感技術融合了新材料、微機電、微納米等前沿學科,是精確農業、智能物流、智能零售等物聯網應用的關鍵技術。新一代稱重傳感器的發展趨勢和主要研究方向是智能化、小型化、平面化、低成本、高靈敏度和高可靠性。碳素材料具有優異的力學和電學特性,在稱重測力傳感裝置中具有很大的應用前景。近年來,碳基傳感材料和傳感器的研究方興未艾,為重測力傳感技術的深入開發和應用帶來了新的機遇。

    近年來,隨著物聯網的快速發展,稱重傳感器的應用范圍不斷擴大。工業模式的不斷創新給稱重傳感器技術的發展帶來了許多新的挑戰。目前,稱重傳感器的技術局限主要集中在提高傳感器的穩定性、抗干擾性、耐腐蝕性、小型化和平面化。在過去的20年里,基于金屬箔應變片的稱重傳感器在許多行業得到了廣泛的應用,并取得了顯著的進展。然而,由于金屬應變片本身的特性(靈敏度低、過載能力低、易腐蝕)決定了其不能滿足日益嚴格的工業需求。

    隨著材料的進步,人們可以設計和使用各種功能材料來制造性能優異的傳感器。碳素材料在許多新材料中具有優異的高溫穩定性、耐腐蝕性和抗干擾性,因此碳基傳感材料越來越受到人們的重視。特別是近30年來,科研界流行的石墨烯和碳納米管材料,由于其優異的機械、電和熱性能,近30年來出現了各種傳感技術,有效解決了傳統傳感材料中的諸多問題。主要介紹幾種常用的碳基傳感材料,介紹了一些新型傳感材料在力傳感器方面的主要研究進展,希望能為新型稱重傳感技術的應用和發展前景提供參考。

    石墨制品具有良好的耐高溫、電、化學和可塑性、耐熱震等特殊性能,是工業生產中不可缺少的高性能廉價材料。石墨、炭黑等碳基材料廣泛應用于柔性測力傳感器中。將炭黑、石墨等低電阻碳系微納米材料填充到絕緣聚合物基體中,可形成半導體或半導體材料。以二甲基硅油為稀釋劑和增塑劑,將導電炭黑納米粒子注入有機硅彈性體復合材料中,制備潛在的應變傳感器。本文以改性石墨/PU復合膜為基礎,制備了成本低、靈敏度高、重現性好、工藝簡單的柔性測力傳感器。

    碳纖維復合材料因其強度高、重量輕、耐腐蝕、抗疲勞等優點,在工程承載中得到了廣泛的應用。研究和實驗表明,CFRP也具有良好的電阻應變效應,是一種新型傳感材料。

    傳感器性能的評價指標主要包括:非線性、遲滯、重復性、蠕變、零點溫度特性、靈敏度、溫度特性等。此外,在物聯網的許多應用中,還需要考慮靈敏度高、測量范圍廣、響應時間快的感應材料。因此,為了開發一種具有實用價值的新型稱重力傳感裝置。

    基于碳的傳感器主要有壓阻、電容、壓電、諧振、光纖等。根據敏感材料電阻率的變化,壓阻式測力傳感器將力學量轉換成電信號。壓阻傳感技術因其工藝簡單、成本低而得到廣泛應用。容式測力傳感器可視為兩個平行電極之間以空氣為介質的變參量電容器。在壓力的作用下,平行電極之間的距離變化會導致電容信號的變化,從而獲得相應的應力信息。電容傳感器的優點是靈敏度高,能檢測出能量低的微小靜態力。在此基礎上,開發了碳基傳感器,并在此基礎上開發了碳基傳感器元件。

    實驗結果表明,碳基傳感材料靈敏度高,在動態測量和小力值測量方面具有明顯優勢。目前主要問題是碳基傳感器或其原材料的制備大多涉及蒸鍍、光刻等微納加工方法。目前成本高,工藝復雜,不利于稱重測力傳感器的應用和推廣。目前,碳基稱重力傳感器性能的影響因素仍然缺乏系統地研究,尤其是如何構建高靈敏度、穩定性、高精度的稱重傳感器元件。因此,系統研究影響測力傳感器性能的因素,對低成本、適合大規模生產的制備和包裝方法具有重要的科學和實用價值。

    當前,新一輪的技術革命和產業轉型蓄勢待發,學科交叉、融合、滲透,新一輪的傳感設備必將進入一個重要的發展時期。碳基傳感材料具有一系列適用于測力傳感器應用的優異性能,國內外研究人員對其進行了大量研究,取得了良好的進展。雖然高性能碳基傳感材料和器件的研發仍然面臨許多挑戰,但我們相信未來將有更多的新材料用于稱重傳感器技術,以促進稱重傳感器技術的發展。

            - 深圳市力準傳感技術有限公司專業研發生產力值傳感器。主要產品可廣泛應用于多種新型和智能化高端領域,包括工業自動化生產線、3C、新能源、機器人、機械制造、醫療、紡織、汽車、冶金以及交通等領域,其中有有微型傳感器、拉壓力傳感器、測力傳感器、柱式傳感器、軸銷類傳感器、稱重傳感器、位移傳感器等力控產品達千余種產品。

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