Состав для пьезорезистивного материала

 

Изобретение относится к электротехнике и позволяет получать материалы для использования 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 пьезочувствительностью до 10 при давлении 350 гс/см2. 1 з,п. ф-лы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 В 1/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4757888/07 (22) 10.11.89 (46) 15.05.92. Бюл. N 18 (71) Башкирский государственный университет им. 40-летия Октября и Отдел физики

Башкирского научного центра Уральского отделения АН СССР (72) А.Н.Лачинов, А.Н.Чувыров, А.Ю.Жеребов и М.Г.Золотухин (53) 621.315 (088.8) (56) Доклады AH Аз.ССР, 1987, т. Х11П, N 7, с. 44-47.

Патент CLLlA ¹ 4505847, кл. Н 01 В 1/06, 1985.

Доклады АН СССР, 1981, т. 258, ¹ 6, с.

1400.

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 электрическоР 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 пьезочувствительность, малое изменение удельного сопротивления — 1 Ом м при относительно большом изменении давления на 500 г/см.,, ЯЛ,,1734124 А1 (54) СОСТАВ ДЛЯ ПЬЕЗОРЕЗИСТИВНОГО

МАТЕ РИАЛА (57) Изобретение относится к электротехнике и позволяет получать материалы для использования в датчиках давления, тензометрических устройствах и т.д. Цель изобретения — повышение чувствительности пьезоэлектрического материала при малых давлениях. Состав, содержащий полимер, порошок пьеэоэлектрика и органический растворитепь, позволяет получить пьезоэлектрический материал с пьезочувствительностью до 10 при давлении 350 гс/см2. 1 з,п. ф-лы, 1 табл.

Известны составы, содержащие полиэтилен, полип ропилен, 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 Д 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.

1734124 качестве полимера он содержит полиариленфталиды или изопреновый каучук. 40

Цель также достигается тем, что в качестве пьезоэлектрика он содержит соединения группы силленитов или кварц, В качестве примеров были использованы полимеры класса полиариленфталидов, 45 такие как, полидифениленфталид, полидифениленсульфидфталид, полифлуренилен50

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 = !цр,/р, где р — 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 пьезоэлектрик и органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полимер 13-23

Пьезоэлектрик 11 — 20

Растворитель Остальное

Кроме того, цель достигается тем, что в фталид, кроме того, изопреновый каучук, В качестве пьезоэлектриков были использованы мелкодисперсные порошки кварца, В! абеОгю, Bi12SiOzo, В качестве органических растворителей были использованы хлороформ, хлористый метилен, диоксан, циклогексанон, диметилформамид, дихлорэтан, петролейный эфир.

Выбор пределов концентраций компонентов состава для пьезорезистивного ма5

35 териала 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 и ьезоэлектрика ниже 11% приводит к исчезновению положительногоо 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 германата висмута в количестве 160 мг смешивают и затем добавляют 3 r циклогексанона. 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 отрицательныхых — 196 — +150 С.

Формула изобретения

1. Состав для пьезорезистивного материала, содержащий полимер и мелкодисперсную добавку, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения чувствительности пьезорезистивного материала при малых давлениях, он в качестве полимера содержит полидифениленфталид, полифлуорениленфталид или изопреновый каучук (1), в качестве мелкодисперсной добавки — порошок пьезоэлектрика и дополнительно органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Полимер 1 13 — 23

Порошок пьезоэлектрика 11 — 20

Органический растворитель Остальное

1734124

2. Состав по и. 1, отличающийся держит германат или силленит висмута или тем, что в качестве пьезоэлектрика он со- кварц.

Примеры

Компоненты состава и па амет ы

20 23 28

21 24 30

23 25 30

13 17

13 18

13 20

20 16 14 11, 6.

20 15 13 11 4

20 14 11 10 3

67 67 66 66 66

67 67 66 65 66

67 66 66 65 67

12 10

12 10

9 7

6 2

5 2

4 1

8

Полимеры: I -полидифениленфталид, !! — полифлуорениленфталид, III — изопреновый каучук; пьезоэлектрик — BinGeOzo номерсоответствует номеру полимера; растворители: I, ! — циклогексанон, ! — петролейный эфир.

Составитель А.Лечинов

Редактор Н.Каменская Техред М.Моргентал Корректор О, Кундрик

Заказ 1672 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"„г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Полимеры

II

III

Пьезоэлектрик

ll !!!

Растворители !

II

III

Удельное сопротивление, OM см при р=0 г/см при р=350 г/см I

II

III

Пьезочувствительность !

II !!I

10 10"

1,2 10 3,2 10

2 10 5 10

2 10з 7 1У

1012

1,4 10

3 10

10в

1012

10в

108

1012

1011