[01533445]压敏金属-高分子复合材料制备及电学性能研究

该项目所研究的新型压敏金属-高分子复合材料是采用硅橡胶与金属镍粉进行复合，形成一种新的无机非金属复合材料。该材料在传感器方面、新型防爆开关的研发、航空航天等民用及军事领域都有广泛的应用。其技术原理是根据复合材料具有较为灵敏的压敏效应，在较小的外界压力作用下电阻率变化可达9个数量级。材料在不受外界压力作用下，其电阻率较高(一般在1.6×1011Ω·cm以上)是良好的绝缘材料；随着压力的增加，材料的电阻率有不同程度减小，当压力达到一定值时，电阻率将下降到0.1Ω·cm。如，一块4×4×1㎜样品(Ni硅橡胶=2.71的样品)在一定压力下其电阻可以从1012Ω下降到0.1Ω；在500g力的作用下，样品电阻可以下降12个数量级，与国际同行相比，其电阻压力敏感性比国外产品高出4-5个数量级。该项成果的创新点在于1、工艺方法简单以硅橡胶为基体，镍粉为填料，用二次固化法替代传统的一次固化成型法，制备一种电阻对压力敏感的高分子复合材料，在合成过程中不需要对金属粉末表面进行化学处理和金属粉末表面形状进行保护，大大简化合成工艺。2、通过优化镍粉与硅橡胶质量比，不仅可以减小镍粉的使用数量，而且压力-电阻敏感性比国外同类材料高出4-5个数量级。项目组深入研究了新型复合材料的电学、力学、热学和磁学等物理特性，建立了压力-电阻物理模型，为材料的实际应用提供了技术支撑和理论依据。利用复合材料所特有的物理特性可以制成性能优良、灵敏度极高的压力传感器和温度传感器，直接在可在信息采集、生物医学、航空航天、自动控制、汽车制造业、移动电话、航空、航天等军事、民用领域都将有广泛应用。自07年以来，项目组积极联合新乡新星制膜有限公司、新乡市高邦电子科技有限公司、信阳中隆置业有限公司、南阳市橡胶厂、南阳市兴联盛橡胶厂等多家企业作为中试基地进行项目中试，通过中试阶段的研究，材料的生产工艺已经成熟。08年，项目组与河南环宇集团有限公司、新乡新星丰华制膜有限公司、新乡市高邦电子科技有限公司建立项目接产单位，开始投入生产。仅08年就生产1500kg，实现净利润450万元。09年，三家公司生产复合材料2400kg，实现纯利润为750万元。2010年，三家公司扩大生产规模，纯利润已达1320万元。如果金属高分子复合材料在新型防爆开关、压力传感器、信息传递领域三个领域得以充分应用，满足国内外市场的需求，那创造的直接经济效益将超过亿元。同时，可带动电子产业、生物医学、自动控制、汽车制造业以及其他相关行业的发展。