《壓磁柔性薄膜應力敏感機理與實驗研究》是依託南昌大學，由朱正吼擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：壓磁柔性薄膜應力敏感機理與實驗研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：朱正吼
- 依託單位：南昌大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以鈷鐵基和鐵基非晶、納米晶粉體為應力敏感功能材料，以高性能矽橡膠為賦形基體材料，通過高能球磨/超聲分散、精密模壓預成型- - -輻射硫化技術製備出厚度≤70μm 的巨應力阻抗壓磁粉體/矽橡膠壓磁柔性薄膜；設計系列試驗，研究並確定壓- - -阻、壓- - -容、壓- - -感力敏機制在複合薄膜 阻抗Z- - -應力σ中的影響程度、確立主要力敏機制及其存在條件，提出了薄膜力敏特性的新表征方法；系統研究影響壓磁柔性薄膜力敏性能的組織、結構、及環境等因素並構建其影響規律，進而設計出以壓磁機制為主導、具有良好壓磁特性的壓磁柔性薄膜；採用印製成型與絕緣封裝方法，形成陣列式接觸應力敏感元製作技術；最後，建立陣列式壓磁薄膜敏感元應力- - -阻抗性能的多點同步數采系統，結合建模技術形成陣列式敏感元應力－阻抗性能的數值標定技術。研究結果將為壓磁柔性薄膜的最佳化設計和套用提供技術支持。
結題摘要
大型裝備及重點工程領域常需對殼體、管道等曲面異構組件間的連線狀態、使用過程中的受力情況進行實時檢測，從而使曲面異構組件間的接觸應力敏感性能的測量成為力感測器領域的重要課題。 本研究以鈷鐵基、FeCuNbSiB非晶軟磁粉體為功能填充粒子，以矽橡膠為基體材料，採用機械共混和精密鑄壓熱成型方法製備了FeCuNbSiB軟磁粉體/矽橡膠柔性力敏複合薄膜；循序漸進地設計和開發了複合薄膜在不同載入方式下的力敏特性測試技術和力敏性能表征方法；系統研究了複合薄膜的力敏特性，最佳化出具有優良力敏性能的複合薄膜；初步探討了複合薄膜的力敏機制；最後，試製出了柔性接觸應力感測器原理樣機。本文研究主要取得以下結果： (1) 在複合薄膜製備方面：可以製備長度≤200mm、寬度≤100mm、厚度50μm~2000μm的複合薄膜。解決了軟磁粉體在橡膠中的均勻分散、橡膠與軟磁粉體界面控制、複合薄膜厚度控制等問題。 (2) 複合薄膜力敏特性測試和性能表征方面：針對壓應力條件，循序漸進地設計開發了靜態/動態載入、不同溫度濕度環境下載入情況下的應力阻抗測試系統。採用Z-σ標準等效曲線表征複合薄膜的力敏特性，用應力阻抗效應SI%表征複合薄膜力敏靈敏度。 (3) 在複合薄膜力敏特性研究方面：通過對複合薄膜力敏特性內外影響因素的最佳化，複合薄膜具有較佳力敏特性所具備的條件為：測試頻率小於100kHz，壓應力小於0.5MPa，FeCuNbSiB軟磁粉體粒徑(10~30)μm，且經480℃×1h熱處理，FeCuNbSiB軟磁粉體含量在(22.5~35)vol%之間，複合薄膜厚度小於300μm，環境溫度13℃~50℃。 最佳化後的複合薄膜（FeCuNbSiB軟磁粉體含量為27.5vol%、厚度為200±2μm）在連續加/卸載速率不大於0.5mm/min或保壓條件下，測試頻率1kHz、壓應力0.2MPa~1.0MPa範圍內，薄膜的SI%值為6%~23%。 (4) 在複合薄膜力敏機制研究方面：複合薄膜在交流測試電路中呈現壓-容和壓-阻特徵。影響複合薄膜壓-容和壓-阻特性的關鍵因素是複合薄膜模量和粉體含量。 (5) 通過柔性電路印刷及熱壓封裝技術實現了對最佳化後的複合薄膜的封裝並製得了柔性接觸應力感測器原理樣機，樣機具有良好的力敏特性和阻抗蠕變性能。有望成為新一代接觸應力感測器，具有很好的套用前景。
