壓阻式奈米複合橡膠彈性體於可撓式觸覺感測之應用

Piezoresistive Nanocomposite Rubber Elastomers for Flexible Tactile Sense Applications

王志哲 ； 呂奇恩 ； 黃俊隆 ； 羅松成 ； 方維倫

《國家奈米元件實驗室奈米通訊》 24卷3期 (2017/09) Pp. 13-19

摘要

本研究呈現一壓阻式奈米複合橡膠彈性體之可撓式觸覺感測器，以奈米碳黑粉末(Carbon-black)填充於聚甲基矽氧烷(PDMS)高分子材料，經溶劑潤濕法(n-Hexane)改善其均勻與分散性，形成導電高分子奈米複合材料(C-PDMS)，使其有具電之物理特性。此C-PDMS奈米複合材料由大面積鑄模成型製造與多層堆疊方式整合鑲埋於PDMS高分子基材中，並沉積金薄膜用作電性連接與電極，其金屬薄膜與高分子間介面以3-硫丙基三甲氧基矽烷(MPTMS)表面改質處理形成附著層，以增加金屬膜之附著與可用性。此感測器藉由施以正向力造成應變量測電阻率之變化，其靈敏度於平坦表面上為2.92%~4.45% (ΔR/R_0/mN)，於彎曲表面上(r=2.25 cm)為0.92%~0.98% (ΔR/R_0/mN)。本研究提出之壓阻式奈米複合橡膠彈性體可用於撓曲式可撓式觸覺感測元件，並實現與整合於力量感測、觸控與穿戴式等應用之領域。

關鍵字

奈米複合材料 ； 彈性體 ； 壓阻式偵測 ； 觸覺感測器

並列摘要

This work presents flexible tactile sensor using piezoresistive nanocomposite rubber elastomers (C-PDMS): Carbon-black (C) powders (26 nm) filled into polymethylsiloxane (PDMS) using solvent -wetting methods with n-Hexane to produce well -dispersed conductive polymeric nanocomposites. The C-PDMS nanocomposites are utilized to measure resistance changes. In application, the C-PDMS is casted and stacked into PDMS substrate and gold films deposited with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) adhesion layers as bond pads to implement the flexible polymer-based devices. Typical normal load tests show resistance changes of C-PDMS piezoresistors on flat surface are ranging 2.92%~4.45% (ΔR/R_0/mN) . Moreover, resistance changes of C-PDMS piezoresistors on curved surface (r=2.25 cm) are ranging 0.92%~0.98% (ΔR/R_0/mN).

並列關鍵字

Nanocomposite ； Elastomer ； Piezoresistive Detection ； Tactile Sensor