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以硅橡胶(110型)为基体,以镍粉为导电填料,按基体与填料质量比1:2.7进行配料,室温二次固化合成Ni/硅橡胶导电高分子复合材料。
用山度SH-50型数显推拉力计对样品施以轴向压力,用HP3457A型数字万用表测量样品直流电阻率随轴向压力的变化曲线。给测量样品施以0.7N恒定压力,用Agilent4294A型阻抗分析仪测量样品受压后22分钟的交流电导G,计算了交流电导率σ,描绘了交流电导率σ随时间t的弛豫图像;在0.7N恒定压力下,利用Agilent4294A精密阻抗分析仪测量样品在外加磁感应强度B1=0T,B2=0.024T(磁场方向垂直于交频电场方向),B3=0T(撤去磁场)的电导G和电纳B频谱,计算了样品的介电常数ε和介电损耗tanδ。实验结果表明:
(1)在0.06N到5N的轴向压力下,直流电阻率从5.97×106Ω·m下降到3.74×10-2Ω·m,下降了8个数量级。小压力(0.06N-2N)下,电阻率随压力增大下降较快,变化规律呈指数关系:大压力(2N-5N)下,电阻率随压力增大下降缓慢,变化规律为幂次关系。分析认为这是由于小压力下,渗流作用在导电机理中起主要作用;大压力下,隧道效应在导电机理中起主要作用。
(2)在0.7N恒定压力下,交流电导率σ随时间增长而逐渐增大。交流电导率的变化率随时间增长而逐渐减小。22分钟后交流电导率趋于稳定。从微观机制上分析,交流电导率σ随时间增长而增大主要与导电通路的形成有关。相互分开的镍颗粒迁移到一起的趋势引起有效导电路径数量的增加,导致新的有效导电路径的形成;轴向压力恒定过程中电导率变化率的减小是因为导电网络随时间趋于稳定,使新的有效导电路径的形成效应减弱。这种效应减小了有效电导路径的变化率。
(3)在0.7N恒定压力下,样品的交流电导率随频率的增加呈乘幂增加,介电常数和介电损耗均随频率的增加而呈乘幂减小。说明对于接近渗流域的Ni/硅橡胶复合材料,小压力下(0.7N),渗流机制在导电机理中起主要作用。
(4)在0.7N恒定压力下,在磁场作用下,与加磁场前相比,0.024T的磁场使得低频(40Hz-104Hz)交流电导率提高了2.46倍,介电常数提高了20%,介电损耗提高了2倍,这主要是由复合材料中铁磁-绝缘体.铁磁颗粒膜的隧道磁电阻效应以及磁电耦合引起的。撤去磁场后交流电导率、介电常数和介电损耗均不能回到加磁场前的初始值,这与Ni粉的铁磁性有关。
Ni/硅橡胶压敏复合材料的压阻、磁电阻效应及磁电耦合等物理性质在力电传感器、磁传感器件、信息储存等领域有潜在的应用价值。