專利名稱：微形變壓阻材料及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓阻材料，特別是涉及一種使用硬質(zhì)塑膠作為本體且具有可微量 形變的粗糙面的壓阻材料。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的壓阻材料具有高度可壓縮性，受壓時(shí)厚度L會(huì)顯著變薄，依據(jù)電阻定律R = P L/A，當(dāng)厚度L減少時(shí)，輸出電阻R降低，而可以作為壓力感測(cè)器的壓阻材料。這種現(xiàn)有的 壓阻材料，在壓力釋放以后，彈性基材由于材料本身的粘滯性(viscoelasticity)因素，需 要一段時(shí)間才能回復(fù)原狀，因此在施壓與釋壓過程中所得到的壓力_電阻特性曲線，會(huì)產(chǎn) 生明顯的遲滯現(xiàn)象(hysteresis)，短時(shí)間內(nèi)重復(fù)測(cè)試壓力時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯著誤差。首先請(qǐng)參閱圖1，一現(xiàn)有壓力感測(cè)器包含有上層結(jié)構(gòu)與下層結(jié)構(gòu)，其中上層結(jié)構(gòu)主 要包括一基板10、一第一電極11以及一第一壓阻層12。前述下層結(jié)構(gòu)則主要包括一第二 壓阻層129、一第二電極119以及另一基板109。如圖1所示，一支撐體15將第一壓阻層12 與第二壓阻層129隔開一個(gè)空隙16，至此可形成一壓力感測(cè)器結(jié)構(gòu)。應(yīng)了解的是，前述第一 電極11以及第二電極119分別電性耦合至電路系統(tǒng)13，如此可構(gòu)成一完整的感測(cè)回路，用 于測(cè)量壓力感測(cè)器的輸出電阻。接著請(qǐng)參閱圖2，當(dāng)前述壓力感測(cè)器剛開始承受一外界壓力P時(shí)，第一、第二壓阻 層12、129會(huì)相互接觸，此時(shí)第一、第二壓阻層12、129的總厚度為L(zhǎng)i。其輸出電阻則可依據(jù) 電阻定律計(jì)算，將Ll帶入公式中，可以得到輸出電阻Rl = PL1/A。再請(qǐng)參閱圖3，當(dāng)前述壓力感測(cè)器持續(xù)受到外界壓力P作用一段時(shí)間后，第一、第 二壓阻層12、129的總厚度會(huì)受到壓縮而變薄，其中L2 < Li。壓力感測(cè)器的輸出電阻則可 依據(jù)電阻定律計(jì)算，將L2帶入公式中，可以得到輸出電阻R2 = P L2/A。圖4A是根據(jù)圖1的壓力感測(cè)器所測(cè)量得出的電阻-壓力特性圖，其中壓力測(cè)試范 圍在O-IOpsi之間。如圖4A所示，在施壓的過程中(請(qǐng)見曲線Cl)，當(dāng)壓力分別在2、4、6、 8 以及 IOpsi 時(shí)，輸出電阻分別為 6. 69*103、3· 86*103、2· 95*103、2. 54*103 以及 2. 27*103 歐 姆；相反地，在釋壓過程中(請(qǐng)見曲線C2)，當(dāng)壓力分別在2、4、6、8以及IOpsi時(shí)，輸出電阻 則分別為 4. 64*103、2· 96*103、2· 53*103、2. 31*103 以及 2. 22*103 歐姆。應(yīng)注意的是，由圖 4Α 可以看出現(xiàn)有壓力感測(cè)器的電阻-壓力特性圖呈現(xiàn)出明顯的遲滯現(xiàn)象。圖4Β是根據(jù)于圖1的壓力感測(cè)器所測(cè)量得出的導(dǎo)電率-壓力特性圖，其中壓力 測(cè)試范圍在O-IOpsi之間，導(dǎo)電率則為電阻的倒數(shù)。如圖4Β所示，在施壓的過程中(請(qǐng)見 曲線C3)，當(dāng)壓力分別在2、4、6、8以及IOpsi時(shí)，輸出導(dǎo)電率分別為1. 49*102、2. 59*102、 3. 39*102、3. 94*102以及4. 41*102ySiemens (西門子)；相反地，在釋壓過程中(請(qǐng)見曲 線C4)，當(dāng)壓力分別在2、4、6、8以及IOpsi時(shí)，輸出導(dǎo)電率分別為2. 16*102、3. 38*102、 3. 95*102、4. 33*102以及4. 50氺IO2 μ siemens，其中由圖4B同樣可看出現(xiàn)有壓力感測(cè)器的導(dǎo) 電率_壓力特性圖呈現(xiàn)出明顯的遲滯現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可有效降低遲滯現(xiàn)象的壓阻材料，不僅能提高測(cè)試實(shí)用性，同時(shí) 可讓使用者在短時(shí)間內(nèi)的重復(fù)壓力測(cè)試下仍可以得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。本發(fā)明一實(shí)施例的壓阻材料采用硬質(zhì)塑膠做為本體，導(dǎo)電粒子分散于硬質(zhì)塑膠 中。本發(fā)明的一實(shí)施例更提供一種壓力感測(cè)器，包括一第一電極、一第一壓阻層、一第 二電極、一第二壓阻層以及一支撐體。前述第一、第二壓阻層分別連接第一、第二電極，其中 第一、第二壓阻層是由前述微形變壓阻材料所制成。前述支撐體使得該第一、第二壓阻層之 間形成一空隙。本發(fā)明的一實(shí)施例更提供一種微形變壓阻材料的制作方法，包括提供多個(gè)導(dǎo)電 粒子、多個(gè)分散體以及一硬質(zhì)塑膠原料；接著，混合前述導(dǎo)電粒子以及分散體于硬質(zhì)塑膠原 料中以形成一壓阻材料，然后把前述壓阻材料印制于一目標(biāo)材料上，最后再將壓阻材料固 化。為使本發(fā)明能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例并配合所附附圖做詳細(xì)說明。


圖1為現(xiàn)有壓力感測(cè)器的示意圖；圖2為圖1的壓力感測(cè)器剛開始受壓時(shí)的示意圖；圖3為圖2的壓力感測(cè)器持續(xù)受壓時(shí)的示意圖；圖4A為現(xiàn)有壓力感測(cè)器的電阻_壓力特性圖；圖4B為現(xiàn)有壓力感測(cè)器的導(dǎo)電率_壓力特性圖；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的壓力感測(cè)器示意圖；圖6為圖5中區(qū)域55的局部放大圖；圖7為前述區(qū)域55中的粗糙面26、269受壓接觸時(shí)的局部放大圖；圖8為前述區(qū)域55中的粗糙面26、269持續(xù)受壓接觸時(shí)的局部放大圖；圖9A為根據(jù)圖5的壓力感測(cè)器所測(cè)量得出的電阻_壓力特性圖；圖9B為根據(jù)圖5的壓力感測(cè)器所測(cè)量得出的導(dǎo)電率-壓力特性圖；圖IOA為表示本發(fā)明另一實(shí)施例中根據(jù)圖5的壓力感測(cè)器所測(cè)量得出的電阻-壓 力特性圖；以及圖IOB為對(duì)應(yīng)于圖IOA的導(dǎo)電率-壓力特性圖。主要元件符號(hào)說明基板 10、109;第一電極11;第二電極119;電路系統(tǒng)13;支撐體15 ；空隙I6 ；第一壓阻層12、22 ；第二壓阻層129、229 ；粗糙面26、269;
區(qū)域 55 ；導(dǎo)電粒子222 ；分散體223 ；接觸面A1、A2;隙縫S1、S2。
具體實(shí)施例方式圖5表示本發(fā)明一實(shí)施例的壓力感測(cè)器示意圖，其中圖5與圖1所示的壓力感測(cè) 器的主要差別在于本實(shí)施例的壓力感測(cè)器是采用楊氏系數(shù)大于0. 2GPa的硬質(zhì)塑膠材料 作為第一壓阻層22以及第二壓阻層229，其中第一壓阻層22具有一粗糙面26，第二壓阻層 229則具有另一粗糙面269。舉例而言，前述硬質(zhì)塑膠材料可包括酚樹脂(phenol resin), 尿素豐對(duì)月旨(urea resin)、美耐皿豐對(duì)月旨(melamine resin)、不飽禾口聚月旨豐對(duì)月旨(unsaturated polyester resin)、環(huán)氧豐對(duì)月旨(epoxy resin)、娃月旨豐對(duì)月旨(silicone resin)、或者聚安基甲 酸月旨(polyurethane resin, PU)。圖6是表示圖5中區(qū)域55的局部放大圖。如圖所示，前述第一、第二壓阻層22、229 分別摻雜多個(gè)導(dǎo)電粒子222與分散體223，其中分散體223可具有吸附能力，用以吸附導(dǎo)電 粒子222，前述導(dǎo)電粒子222相對(duì)于該微形變壓阻材料干膜時(shí)的重量百分比約介于10% 50%之間。應(yīng)了解的是，在本實(shí)施例中的分散體223可例如為具有改質(zhì)基的二氧化硅材質(zhì) 等材料，可和硬質(zhì)塑膠相互融合以達(dá)到均勻分散的效果，由于分散體223可吸附導(dǎo)電粒子 222，故可將導(dǎo)電粒子222均勻地分散到硬質(zhì)塑膠內(nèi)部，用于構(gòu)成本實(shí)施例中的壓阻層22、 229。如圖6所示，前述第一壓阻層22具有粗糙面26，第二壓阻層229則具有粗糙面 269，其中粗糙面26、269的粗糙度t約控制在單一壓阻層厚度T的1-10%左右。此外，粗 糙面26、269的最大壓縮形變量則可控制在粗糙度t的2%左右，也就是說每一粗糙面的形 變量約占其對(duì)應(yīng)壓阻層厚度的0. 02 0. 2%左右。由于前述壓阻層22、229的厚度變化極 小(在本實(shí)施例中的壓阻層22、229的厚度變化可小于0. 2% )，因此壓阻層22、229在施壓 前、后的厚度幾乎可視為不變。在本實(shí)施例中，前述分散體223可以是硅(Si)氧化物或具有改質(zhì)基的二氧化硅 材質(zhì)；或是金屬氧化物如鈦(Ti)氧化物、鋁(Al)氧化物、銅(Cu)氧化物、鋅(Zn)氧化物、 鈣(Ca)氧化物、錫(Sn)氧化物、鎢(W)氧化物、以及鉻(Cr)氧化物等。圖7表示前述區(qū)域55中的粗糙面26、269剛開始受壓接觸時(shí)的局部放大圖。如圖 所示，當(dāng)圖5的壓力感測(cè)器剛開始受壓時(shí)，壓阻層22、229之間會(huì)產(chǎn)生一面積極小的接觸面 Al，此時(shí)壓阻層22、229之間有較多隙縫Si，壓力感測(cè)器的輸出電阻可依據(jù)電阻定律計(jì)算， 將接觸面Al的面積帶入公式中，可以得到輸出電阻Rl = PL/A1。圖8表示前述區(qū)域55中的粗糙面26、269持續(xù)受壓接觸的局部放大圖。如圖所示， 當(dāng)圖5的壓力感測(cè)器持續(xù)受壓后，壓阻層22、229之間會(huì)產(chǎn)生一較大的接觸面A2，接觸面A2 會(huì)隨著壓力的上升而增加，壓阻層22、229之間的隙縫S2則會(huì)隨著壓力的上升而減少。依 據(jù)電阻定律，將接觸面A2的面積帶入公式中，可以得到輸出電阻R2 = PL/A2，由于壓阻層22、229的總厚度只有極微量的壓縮變形，故其總厚度可視為不變。圖9A是根據(jù)圖5的壓力感測(cè)器所測(cè)量得出的電阻-壓力特性圖，其中壓力測(cè)試 范圍在O-IOpsi之間。如圖9A所示，在施壓的過程中(請(qǐng)見曲線C5)，當(dāng)壓力分別在2、4、 6、8 以及 IOpsi 時(shí)，輸出電阻分別為 1. 26Χ104、6. 68Χ103、4. 79Χ103、3· 94Χ103 歐姆以及 3.56Χ103歐姆；相反地，在釋壓過程中(請(qǐng)見曲線C6)，當(dāng)壓力分別在2、4、6、8以及IOpsi 時(shí)，輸出電阻分別為 1. 13Χ104、6· 54Χ103、4· 69Χ103、3· 87X IO3 以及 3. 51 X IO3 歐姆。由 圖9Α可以看出，本發(fā)明的壓力感測(cè)器并未產(chǎn)生顯著的遲滯現(xiàn)象。圖9Β是根據(jù)圖5的壓力感測(cè)器所測(cè)量得出的導(dǎo)電率-壓力特性圖，其中壓力測(cè) 試范圍在O-IOpsi之間，導(dǎo)電率則是電阻的倒數(shù)。如圖9Β所示，在施壓的過程中(請(qǐng)見曲 線C7)，當(dāng)壓力分別在2、4、6、8以及IOpsi時(shí)，輸出導(dǎo)電率分別為7. 94Χ IO1U. 50Χ IO2、 2. 09Χ 102、2· 54 X IO2以及2. 81 X IO2 μ siemens ；相反地，在釋壓過程中(請(qǐng)見曲線C8)，當(dāng) 壓力分別在2、4、6、8以及IOpsi時(shí)，輸出導(dǎo)電率分別為8. 88Χ1θ\ . 55Χ102、2· 13Χ102、 2. 58X IO2以及2. 85X IO2 μ siemens，由圖9B同樣可以看出本發(fā)明的壓力感測(cè)器并未產(chǎn)生 顯著的遲滯現(xiàn)象。圖IOA是根據(jù)圖5的壓力感測(cè)器所測(cè)量得出的電阻-壓力特性圖。需特別說明的 是，在本實(shí)施例中是采用聚酯樹脂于二甲苯溶劑中(polyester resin inxylene)，均勻混 合重量百分比為10%的碳黑(carbon black)導(dǎo)電粒子222以及重量百分比20%的分散體 223，用以制作壓阻層材料；接著，可以利用例如網(wǎng)印印制到已有金屬電極層的基材上，當(dāng)壓 阻層材料硬化之后，其所具有的表面粗糙度約為壓阻層厚度的10%以下。通過上述方法可 制成如圖5所示的壓力感測(cè)器，其壓力測(cè)試范圍在0-200psi之間，在施壓的過程中，當(dāng)壓力 分別在50、100、150、200psi時(shí)，分別得到輸出電阻為1. 38Χ103、8. 32Χ102、6· 28 X IO2以及 5. 34X IO2歐姆；在釋壓的過程中，當(dāng)壓力分別在50、100、150、200psi時(shí)，同樣可得到相近 的數(shù)值。由圖IOA中可以看出，通過本發(fā)明的前述方法所制作的壓力感測(cè)器，無論在施壓或 釋壓的過程中皆能得到近似的測(cè)量結(jié)果，不會(huì)有顯著的遲滯現(xiàn)象產(chǎn)生。圖IOB是對(duì)應(yīng)于圖IOA的導(dǎo)電率-壓力特性圖，其中壓力測(cè)試范圍在0_200psi 之間，導(dǎo)電率則是電阻的倒數(shù)。如圖IOB所示，在施壓的過程中，當(dāng)壓力分別在50、100、 150、以及200psi時(shí)，分別得到輸出導(dǎo)電率為7. 25 X 102、l. 20 X 103、l. 59 X IO3以及 1. 87X IO3 μ siemens ；在釋壓的過程中，當(dāng)壓力分別在50、100、150、200psi時(shí)，同樣可得到 相近的數(shù)值。由圖IOB中依然可以看出，通過前述實(shí)施例所制作的壓力感測(cè)器，無論在施壓 或釋壓的過程中皆能得到近似的測(cè)量結(jié)果，不會(huì)有顯著的遲滯現(xiàn)象產(chǎn)生。本發(fā)明之一實(shí)施例提供一種微形變壓阻材料及其制作方法，不僅可有效減少遲滯 現(xiàn)象的產(chǎn)生，以提高測(cè)試實(shí)用性，由此可讓使用者在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行重復(fù)壓力測(cè)試下仍可以 得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。雖然以實(shí)施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域 中熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做些許的更動(dòng)與潤飾。因此本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種微形變壓阻材料，包括 硬質(zhì)塑膠本體；以及多個(gè)導(dǎo)電粒子，分散于該硬質(zhì)塑膠本體中。
2.如權(quán)利要求1所述的微形變壓阻材料，其中該微形變壓阻材料還包括一粗糙面，形 成于該硬質(zhì)塑膠本體上，具有一個(gè)粗糙度占該硬質(zhì)塑膠本體厚度的1_10%。
3.如權(quán)利要求2所述的微形變壓阻材料，其中該粗糙面的最大變形量占該粗糙度的比 例小于2%，或者占該硬質(zhì)塑膠本體厚度的比例小于0. 2%。
4.如權(quán)利要求1所述的微形變壓阻材料，其中該微形變壓阻材料還包括多個(gè)分散體， 使該些導(dǎo)電粒子均勻分散于該硬質(zhì)塑膠本體中。
5.如權(quán)利要求4所述的微形變壓阻材料，其中該分散體的成分，包含選自于下述族群 中的一種硅(Si)氧化物、有改質(zhì)基的二氧化硅材質(zhì)、鈦(Ti)氧化物、鋁(Al)氧化物、銅 (Cu)氧化物、鋅(Zn)氧化物、鈣(Ca)氧化物、錫(Sn)氧化物、鎢(W)氧化物、以及鉻(Cr) 氧化物。
6.如權(quán)利要求1所述的微形變壓阻材料，其中該些導(dǎo)電粒子的重量百分比介于10% 50%之間。
7.如權(quán)利要求1所述的微形變壓阻材料，其中該硬質(zhì)塑膠本體，選自于下述族群中的 一種酚樹脂、尿素樹脂、美耐皿樹脂、不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂、硅脂樹脂、或者聚安基甲 酸脂。
8.如權(quán)利要求1所述的微形變壓阻材料，其中該硬質(zhì)塑膠本體的楊氏系數(shù)大于 0.2GPa。
9. 一種壓力感測(cè)器，包含 第一電極；以及第一壓阻層，連接該第一電極，其中該第一壓阻層具有如權(quán)利要求1所述的微形變壓 阻材料；第二電極；第二壓阻層，連接該第二電極，其中該第二壓阻層具有如權(quán)利要求1所述的微形變壓 阻材料；以及支撐體，使得該第一、第二壓阻層之間形成一空隙。
10. 一種微形變壓阻材料的制作方法，包括 提供多個(gè)導(dǎo)電粒子以及一硬質(zhì)塑膠原料；混合該些導(dǎo)電粒子以及該硬質(zhì)塑膠原料，制成一壓阻材料； 將該壓阻材料印制于一目標(biāo)材料上；以及 固化該壓阻材料。
11.如權(quán)利要求10所述的一種微形變壓阻材料的制造方法，還包括分散體混合于該 壓阻材料中。
12.一種微形變壓阻材料的制造方法，包括提供多個(gè)導(dǎo)電粒子、多個(gè)分散體以及一硬質(zhì)塑膠原料； 混合該些導(dǎo)電粒子、該些分散體以及該硬質(zhì)塑膠原料，制成一壓阻材料； 將該壓阻材料印制于一目標(biāo)材料上；以及固化該壓阻材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種微形變壓阻材料及其制作方法。其中該微形變壓阻材料，由硬質(zhì)塑膠(hard plastic)本體所構(gòu)成，前述本體具有可微量變形(micro-deformable)的粗糙面，多個(gè)導(dǎo)電粒子均勻分散于前述本體中。當(dāng)壓阻材料受壓時(shí)，粗糙面因受壓而產(chǎn)生微量變形，且變形后會(huì)使得接觸面積增加。依據(jù)電阻定律R＝ρL/A，當(dāng)微形變壓阻材料的截面積A增加時(shí)，輸出電阻R降低，由此可作為壓力感測(cè)器的壓阻材料。當(dāng)壓力移除以后，微量變形的粗糙面可迅速回復(fù)原狀，因此不會(huì)產(chǎn)生明顯的遲滯現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C08K3/34GK102002252SQ20091026565
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者侯智升, 周嘉宏, 陳怡伶 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院