SU1734124A1

SU1734124A1 - Compound for piezoresistive material

Info

Publication number: SU1734124A1
Application number: SU894757888A
Authority: SU
Inventors: Алексей Николаевич Лачинов; Александр Николаевич Чувыров; Алексей Юрьевич Жеребов; Михаил Георгиевич Золотухин
Original assignee: Башкирский государственный университет им.40-летия Октября; Отдел Физики Башкирского Научного Центра Уральского Отделения Ан Ссср
Priority date: 1989-11-10
Filing date: 1989-11-10
Publication date: 1992-05-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и позвол ет получать материалы дл ис- пользовани в датчиках давлени , тензометрических устройствах и т.д. Цель изобретени - повышение чувствительности пьезоэлектрического материала при малых давлени х. Состав, содержащий полимер, порошок пьезоэлектрика и органический растворитель, позвол ет получить пьезоэлектрический материал с пьезочувствитель- ностью до 10 при давлении 350 гс/см2. 1 з,п. ф-лы, 1 табл.The invention relates to electrical engineering and makes it possible to obtain materials for use in pressure sensors, strain gauge devices, etc. The purpose of the invention is to increase the sensitivity of a piezoelectric material at low pressures. A composition containing a polymer, a piezoelectric powder and an organic solvent, allows to obtain a piezoelectric material with a piezoelectric sensitivity of up to 10 at a pressure of 350 gf / cm2. 1 h, para. f-ly, 1 tab.

Description

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к составам дл использовани в датчиках давлени , тензометрических устройствах, элементах коммутации электрических сигналов и т.д.The invention relates to electrical engineering, in particular, compositions for use in pressure sensors, strain gauge devices, electrical switching elements, etc.

Известны составы, содержащие силиконовый каучук, растительное масло и графит в виде порошка. Материал имеет электрическое сопротивление, не превышающее 500 Ом м дл давлени , не превышающего 500 г/см, величина изменени сопротивлени при изменении давлени на 500 г/см будет не менее 1 Ом м. Недостатком такого материала вл етс низка пьезочувстви- тельность, малое изменение удельного сопротивлени - 1 Ом м при относительно большом изменении давлени на 500 г/см.Known compounds containing silicone rubber, vegetable oil and graphite in powder form. The material has an electrical resistance not exceeding 500 ohm m for a pressure not exceeding 500 g / cm, the magnitude of the change in resistance with a pressure change of 500 g / cm will be at least 1 ohm m. The disadvantage of such a material is low piezosensitivity, little change the resistivity is 1 Ω m with a relatively large pressure change of 500 g / cm.

Известны составы, содержащие полиэтилен , полипропилен, 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. Наибольша чувствительность достигаетс при давлении на образцы свыше 500 МПа при содержании наполнител до 30% и составл ет около 8.Known compounds containing polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, polyacrylamide (particle size 50 μm) and the filler are finely dispersed copper, tin, iron, aluminum in the form of powders with a particle size of 0.01-0.1 and 1-10 m. The highest sensitivity is achieved at pressures on samples above 500 MPa with a filler content of up to 30% and is about 8.

Однако использование этого состава затруднительно, так как необходимо создание очень высоких давлений, что технически сложно осуществить и требует значительных материальных затрат. Состав приготовл етс методом прессовани , что затрудн ет получение хороших образцов с воспроизводимыми параметрами.However, the use of this composition is difficult, since it is necessary to create very high pressures, which is technically difficult to implement and requires significant material costs. The composition is prepared by an extrusion method which makes it difficult to obtain good samples with reproducible parameters.

VJ соVJ with

ЈцЈц

юYu

4four

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс состав, содержащий полимер и мелкодисперсную полупроводниковую добавку. В качестве полимеров используютс полиэтилен или поливинилиденфторид, в качестве добавки - халькогениды редкоземельных элементов, например, SmS. Наибольша чувствительность этого состава к давлению, определ ема как а др0/р, где pa - 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 наблюдаетс при содержании добавки, равной 40%.The closest to the invention to the technical essence and the achieved result is a composition containing a polymer and a fine semiconductor additive. Polyethylene or polyvinylidene fluoride are used as polymers, and rare-earth chalcogenides such as SmS are used as an additive. The highest sensitivity of this composition to pressure, defined as a dr0 / p, where pa is the resistivity at atmospheric pressure, p is the resistivity at a pressure of 4 MPa, registered in the following ratio of components, polymer 40-80%, additive - 20- 60%. A maximum is observed when the content of the additive is 40%.

Однако максимальна чувствительность недостаточна дл непосредственного использовани материала без средств дополнительного усилени и достигаетс она при относительно высоком давлении 450 ПМа, что затрудн ет применение этого материала . Кроме того, этот состав предполагает изготовление пьезорезистивного материала методом прессовани , что резко ухудшает воспроизводимость параметров от образца к образцу.However, the maximum sensitivity is not sufficient to directly use the material without additional reinforcement means and it is achieved at a relatively high pressure of 450 PMa, which makes it difficult to use this material. In addition, this composition involves the manufacture of a piezoresistive material by pressing, which dramatically affects the reproducibility of parameters from sample to sample.

Целью изобретени вл етс повышение чувствительности при малых давлени х.The aim of the invention is to increase the sensitivity at low pressures.

Поставленна цель достигаетс тем, что состав, включающий полимер и мелкодисперсную добавку, в качестве последней содержит пьезоэ ектрик и органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:This goal is achieved by the fact that the composition, including the polymer and the fine additive, as the latter contains a piezoelectric and an organic solvent in the following ratio of components, wt.%:

Полимер13-23Polymer13-23

Пьезоэлектрик11-20Piezoelectric11-20

РастворительОстальноеSolventExtra

Кроме того, цель достигаетс тем, что в качестве полимера он содержит полиари- ленфталиды или изопреновый каучук.In addition, the goal is achieved in that it contains polyarylenephthalides or isoprene rubber as a polymer.

Цель также достигаетс тем, что в качестве пьезоэлектрика он содержит соединени группы силленитов или кварц.The goal is also achieved by the fact that, as a piezoelectric, it contains compounds of the sillenite group or quartz.

В качестве примеров были использованы полимеры класса полиариленфталидов, такие как, полидифениленфталид, полиди- фениленсульфидфталид, полифлуренилен- фталид, кроме того, изопреновый каучук. В качестве пьезоэлектриков были использованы мелкодисперсные порошки кварца, Bii2Ge020, BH2Si020. В качестве органических растворителей были использованы хлороформ, хлористый метилен, диоксан, циклогексанон, диметилформамид, дихлорэтан , петролейный эфир.As examples, polymers of the class of polyarylenephthalides were used, such as polydiphenylenephthalide, polydiphenylene sulfide phthalide, polyflureneylene phthalide, in addition, isoprene rubber. Fine-dispersed quartz powders, Bii2Ge020, BH2Si020, were used as piezoelectrics. Chloroform, methylene chloride, dioxane, cyclohexanone, dimethylformamide, dichloroethane, petroleum ether were used as organic solvents.

Выбор пределов концентраций компонентов состава дл пьезорезистивного материала обусловлен следующим. Увеличение процентного содержани пьезоэлектрика выше указанного в таблице значени - 22% приводит к ухудшению пленкообразующих свойств композиции, в частности, утрачиваетс механическа прочность. Уменьшение содержани пьезоэлектрика ниже 11% приводит к исчезновению положительного эффекта.The choice of the limits of the concentrations of the components of the composition for piezoresistive material due to the following. An increase in the percentage of the piezoelectric above the value indicated in the table — 22% leads to deterioration of the film-forming properties of the composition, in particular, mechanical strength is lost. A decrease in the piezoelectric content below 11% leads to the disappearance of the positive effect.

Состав получают путем смешивани порошков полимера и пьезоэлектрика до получени однородной массы с помощью диспергатора типа УЗДН-1 и последующего растворени в органическом растворителе. Примеры, иллюстрирующие получениеThe composition is obtained by mixing powders of a polymer and a piezoelectric to obtain a homogeneous mass using a dispersant of the type UZDN-1 and subsequent dissolution in an organic solvent. Examples illustrating the receipt

состава приведены в таблице. Например: полимер- полидифениленфталид в виде порошка в количестве 300 мг и порошок герма- ната висмута в количестве 160 мг смешивают и затем добавл ют 3 г циклогек- санона. Все компоненты тщательно перемешиваютс с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН-1 до получени однородной эмульсии.composition shown in the table. For example: polymer-polydiphenylenephthalide in the form of a powder in an amount of 300 mg and powder of germanate bismuth in an amount of 160 mg are mixed and then 3 g of cyclohexanone is added. All components are thoroughly mixed using an UZDN-1 ultrasonic disperser until a homogeneous emulsion is obtained.

Использование изобретени позволит повысить пьезочувствительность до 10 приThe use of the invention will increase the piezo sensitivity to 10 when

малых давлени х 300 г/см; повысить электропроводность до 10 (Ом см); повысить технологичность пьезочувствительного материала вследствие его растворимости и термостойкости (исходный полимер имеетlow pressures of 300 g / cm; increase electrical conductivity up to 10 (Ohm cm); improve the manufacturability of a piezo-sensitive material due to its solubility and heat resistance (the initial polymer has

температуру разм гчени 380°С); достичь воспроизводимости параметров эффекта, так как исходные вещества хемо- и термостойкие; расширить область применени материала за счет нетрадиционного способа получени высокой проводимости, а также большого динамического диапазона изменени проводимости 10; расширить область рабочих температур в область отрицательных -196- +150°С.softening temperature 380 ° С); to achieve reproducibility of effect parameters, since the starting materials are chemo- and heat-resistant; to expand the field of application of the material due to an unconventional method of obtaining high conductivity, as well as a large dynamic range of change in conductivity 10; expand the range of operating temperatures to negative -196- + 150 ° С.

Claims

Claim 1. Composition for a piezoresistive material containing a polymer and a fine additive, characterized in

that, in order to increase the sensitivity of a piezoresistive material at low pressures, it contains polydiphenylenephthalide, polyfluorenylenelephthalide or isoprene rubber as a polymer (1),

as a fine additive, piezoelectric powder and, additionally, an organic solvent in the following ratio of components, May. %: Polymer 13-23

Powder piezoelectric 11-20

Organic solventErest

2. A composition according to claim 1, characterized in that it contains a germanate or bismuth sillenite as a piezoelectric.

Polymers: I-polydiphenylenephthalide, II - polyfluorenylenephthalide, III - isoprene rubber; piezoelectric - BiizGeOao number corresponds to the polymer number; solvents: I, II - cyclohexanone, III - petroleum ether.