Fabrication and characterization of carbon black-filled PVB and PVDF composites near percolation threshold for pressure sensing applications

In diesem Beitrag vergleichen wir verschiedene piezoresistive Polymerkomposite, die zur Druckmessung in die organische Schutzschicht von Metallsubstraten, wie z. B. gewalztem Stahlblech, integriert bzw. eingebettet wurden. Die funktionalen Komposite unterscheiden sich in Hinblick auf das verwendete Material für die Polymermatrix, es wurde Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) und Polyvinylbutyral (PVB) verwendet. In beiden Fällen wurden Carbon Black-Partikel mit einer Größenverteilung von wenigen Nanometern bis hin zu wenigen Mikrometern als elektrisch leitfähiges Füllmaterial benutzt. Die Partikel wurden in das gelöste Polymermaterial eingemengt und das resultierende Komposit wurde mithilfe einer Druckrakel auf das Substrat aufgebracht, auf das zuvor mittels additiver Drucktechnologie Silber (Ag)-basierte interdigitale Elektrodenstrukturen aufgedruckt wurden. Nach dem Temperschritt im Ofen, bei dem das Lösungsmittel im Komposit verdampft und das PV(B, DF) Polymer aushärtet bzw. vernetzt, wurde der elektrische Widerstand der eingebetteten Drucksensoren in Abhängigkeit vom angewandten Druck auf das beschichtete Stahlsubstrat charakterisiert. Damit wurde die Machbarkeit von voll in die organische Schutzschicht von Stahlblech eingebetteten Drucksensoren, die auf dem Perkolationseffekt beruhen, gezeigt. Die Messungen für die untersuchten Proben ergeben einen messbaren Schwellwert für den minimal messbaren Druck in der Größenordnung von ~1,25 kPa.