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《华南理工大学》 2015年
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纤维素基气敏导电复合材料的制备及其性能的研究

刘凯华  
【摘要】:气敏材料在工业、农业、医学及国防等领域均具有十分广泛的应用,与之相关的研究有着非常重要理论和实际意义。气敏材料主要分为无机气敏材料、有机气敏材料及无机/有机复合气敏材料三大类,应用比较多的是无机/有机复合气敏材料。本论文以棉纤维为基材,以离子液体为溶剂,石墨和碳纳米管(MWCNTs)为导电填料,分别制备了三种基于纤维素纤维的气敏导电复合材料:石墨/纤维素基气敏复合材料、MWCNTs/壳聚糖/纤维素基气敏复合材料以及MWCNTs/羟丙基甲基纤维素(HPMC)/纤维素基气敏复合材料。论文对三种气敏材料的结构和性能进行了表征,并且详细研究了其气敏导电行为和逾渗性质,得到以下主要结论:(1)以N,N-羰基二咪唑(CDI)为交联剂,对石墨和纤维素进行接枝交联,进而制备出石墨/纤维素基气敏导电复合材料。该材料的逾渗值约为5wt%,对多种极性气体,如甲醇、乙醇和丙酮等显示较好的敏感性和重复使用性能,对非极性气体的敏感性非常低。影响该材料的气敏性的因素包括所检测气体的极性和饱和蒸汽压。该复合材料对极性气体的响应行为具有明显的负蒸汽系数效应(NVC)。交联接枝之后的纤维素纤维的结晶度降低,结晶指数由0.46降到0.32。(2)以离子液体[BMIm]Cl为溶剂,通过涂覆方式制备了MWCNTs/壳聚糖/纤维素基气敏导电复合材料。壳聚糖的加入改善了碳纳米管在纤维素基体中的分散性能。当复合材料基体中壳聚糖和纤维素的质量比为1:7时,碳纳米管含量在逾渗阈值(2.8wt%)附近时,对极性有机溶剂蒸气,如甲醇、乙醇、丙酮、氯仿等表现出了良好的敏感性和重复使用性能,而对非极性有机溶剂蒸汽,如四氯化碳及苯等蒸汽则几乎没有敏感性。同时,该材料对无机气体,如氨气也具有良好的敏感性和重复使用性。纤维素基气敏导电复合材料具有气敏性的原因包括:所测气体的物理吸附和脱附、“相似相容”和气体饱和蒸汽压以及“NVC效应”。(3)以离子液体体[BMIm]Cl为溶剂,制备了MWCNTs/HPMC/纤维素基气敏导电复合材料。该材料对部分极性有机气体,如甲醇、乙醇、丙酮等表现出良好的气敏性和重复使用性。与添加壳聚糖相比,纤维素基体中加入HPMC,复合材料的杨氏模量由28.84 MPa提高到58.93 MPa,力学强度明显提高,其气敏性能得到改善。同时,该复合材料对所处环境的真空度也具有一定的敏感性,在真空度为0.02到0.12的范围内,当环境真空度逐渐降低时,复合材料电阻逐渐增大,呈现一定的线性相关性,环境真空度恢复到常压状态时,材料的电阻也逐渐恢复到初始值,并且表现出良好的可重复性。该材料对甲醛也具有一定的敏感性。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB332

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 曾戎,曾汉民;导电高分子复合材料导电通路的形成[J];材料工程;1997年10期
2 宋义虎,郑强,刘小蕊,王浩江,益小苏;炭黑和石墨填充聚乙烯导电复合材料电阻的外场依赖性[J];材料研究学报;2000年02期
3 宋晓岚;闫程印;张颖;蒋雯娟;谢宏姜;;气敏材料的研究进展及展望[J];材料导报;2012年11期
4 侯立晨;刘海辉;王宁;彭伟伟;谭勇;张兴祥;;功能化碳纳米管的制备及功能化碳纳米管/尼龙6复合纤维[J];复合材料学报;2013年01期
5 徐敏琪;刘凯华;何北海;李军荣;;多壁碳纳米管/纤维素-羟丙基甲基纤维素甲醛传感器的制备及其气敏性能[J];造纸科学与技术;2014年06期
6 丘龙斌;孙雪梅;仰志斌;郭文瀚;彭慧胜;;取向碳纳米管/高分子新型复合材料的制备及应用[J];化学学报;2012年14期
7 王俊;许飞;周斌;许海燕;;聚氨酯/碳纳米管复合材料在涂料中的研究进展[J];涂料技术与文摘;2013年02期
8 卢志华;孙康宁;孙晓宁;朱广楠;李轩琦;;碳纳米管的表面改性与羟基磷灰石的包覆[J];无机材料学报;2007年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 洪利杰;聚吡咯及其纳米复合敏感材料的制备及气湿敏特性研究[D];浙江大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 林(韦华);新型改性石墨/环氧树脂导电胶粘剂的研究[D];东北林业大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许利;代坤;许向彬;李忠明;;炭黑填充复合型导电聚合物的压阻特性[J];工程塑料应用;2008年08期
2 乔小晶,张同来,任慧,张建国;爆炸法制备膨胀石墨及其干扰性能[J];火炸药学报;2003年01期
3 相升海;张平;李世鹏;方蜀州;;脉冲发动机喷管喉衬故障的计算与分析[J];北京理工大学学报;2006年05期
4 肖云峰,周晋林,唐清富,蒋驰,税毅,王术刚,刘春荣;高温熔炼用石墨坩埚涂层工艺研究[J];表面技术;2001年02期
5 张广丰;杨维才;汪小琳;罗文华;;真空热处理对石墨涂覆铀表面氧化和电化学腐蚀的影响[J];材料保护;2005年12期
6 卢志华;程杰;孙康宁;;碳纳米管取向对HA/CNTs复合材料力学性能的影响[J];材料导报;2010年18期
7 刘顺华,李鹏,段玉平,钟武波,董星龙;聚合物基拉敏导电材料的制备及其屏蔽效能的理论预测[J];材料工程;2005年02期
8 孙贵磊;;纳米石墨的制备方法及机理与应用研究进展[J];材料开发与应用;2011年04期
9 金欣;肖长发;俞传坤;谢淳;;碳黑/聚酯纤维非连续性导电行为研究[J];材料研究学报;2010年03期
10 蒋汉祥,朱子宗,陈鹏辉;电解铝阳极炭块溶液浸渍优化处理[J];重庆大学学报(自然科学版);2001年06期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 弭光宝;李培杰;;金属/聚合物传导复合材料界面层特征分析[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
2 相升海;张平;李世鹏;方蜀州;;PATRAN软件在喷管喉衬强度分析中的应用[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
3 石何武;汤传斌;;石墨材料的生产及在光伏行业中的应用[A];2012·半导体、光伏产业用碳—石墨技术及市场研讨会论文集[C];2012年
4 时蕊;孙淼;夏至;;应用于环境领域的聚吡咯的研究进展[A];二氧化氯研究与应用进展——二〇一五二氧化氯与水处理技术研讨会暨二氧化氯专业委员会十周年纪念年会论文集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 鲍宇彬;炭黑自组装行为的研究及其在导电复合材料中的应用[D];华东理工大学;2012年
2 郭华军;锂离子电池炭负极材料的制备与性能及应用研究[D];中南大学;2001年
3 吴旭敏;材料不平衡凝聚非线性行为研究及数值模拟[D];武汉理工大学;2003年
4 王红强;中间相炭微球的制备及其电化学性能的研究[D];中南大学;2003年
5 易回阳;基于HDPE/CB PTC复合材料的研究[D];华中科技大学;2005年
6 卢克阳;导电膜片叠层电磁屏蔽胶合板的制备与搭接研究[D];中国林业科学研究院;2007年
7 孙贵磊;爆轰制备碳纳米材料及其形成机理研究[D];大连理工大学;2008年
8 竺斌;聚偏氟乙烯、高铝水泥/填料复合材料双极板的制备与性能研究[D];武汉理工大学;2008年
9 彭红建;质子交换膜燃料电池电催化剂Pt-Ru合金系的系统研究[D];中南大学;2007年
10 韩志东;新型石墨层间化合物的制备及其膨胀与阻燃机理的研究[D];哈尔滨理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡斌;聚丙烯/碳纳米管复合材料的制备及结构与性能研究[D];华东理工大学;2011年
2 杨香风;石墨选矿及晶体保护试验研究[D];武汉理工大学;2010年
3 王方权;碳纤维填充聚合物多组分导电高分子复合材料的研究[D];浙江大学;2011年
4 张威;表面包银核壳复合粒子/环氧树脂导电胶的制备和性能研究[D];武汉理工大学;2011年
5 陈孟奇;碳纳米管填充PC复合材料结构与性能研究[D];浙江工业大学;2010年
6 李启;自动进样—空间温度梯度CE检测单核苷酸多态性的研究[D];东北大学;2009年
7 闵小华;磁场对铁粉/聚合物基导电复合材料性能的影响[D];大连理工大学;2001年
8 张晓娜;HDPE/无烟煤导复合材料的研究[D];西安科技学院;2002年
9 翁建新;环氧树脂/石墨微片复合导电材料的研究[D];华侨大学;2003年
10 刘建平;隐晶石墨纯化研究[D];中南大学;2004年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙岳,黄元河;储氢碳纳米管与氢原子相互作用的量子力学研究[J];半导体技术;2005年04期
2 雷芝红;贺英;高利聪;;微电子封装用导电胶的研究进展[J];微纳电子技术;2007年01期
3 李赞;左霞;王彬;陈志敏;吴谊群;;八异戊氧基酞菁铅旋涂膜对NO_2的气敏性研究[J];传感技术学报;2006年03期
4 张锦瑞;许军娜;凌云汉;;TiO_2-SnO_2复合氧化物介孔薄膜的气敏特性研究[J];传感器与微系统;2010年09期
5 杨建国;高莉丽;郑建旭;岳瑞丰;蒋登高;;聚乙二醇掺杂聚苯胺复合材料气敏性能的研究[J];传感器与微系统;2011年04期
6 武利民;;纳米材料在涂料中的应用[J];材料导报;2001年04期
7 陈燕丹;章文贡;;导电聚合物纳米材料的研究进展[J];材料导报;2001年10期
8 代凯;施利毅;方建慧;张登松;张云竹;;导电胶粘剂的研究进展[J];材料导报;2006年03期
9 冯硕,杨丽华,翟彤宇,宋克敏;以甲酸为插入剂制备无硫可膨胀石墨[J];河北农业大学学报;2002年02期
10 吕君亮;易运红;;紫外光固化碳纳米管改性水性聚氨酯涂膜[J];电镀与涂饰;2011年09期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈友汜;高分子及其复合湿敏、气敏材料的设计、制备和敏感特性[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张华勇;石墨导电复合材料制备及性能研究[D];山东大学;2006年
2 段先泉;纤维素/壳聚糖在离子液体中的溶解与纺丝研究[D];华南理工大学;2012年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黎永汉;;气敏检测器在气相色谱上的应用——测定废气中的一氧化碳[J];冶金安全;1981年02期
2 李标荣;气敏半导瓷及其敏感机理(下)[J];电子元件与材料;1991年02期
3 徐甲强,沈谕生;超微粒α-Fe_2O_3气敏机理初探[J];无机材料学报;1992年01期
4 任玉芳;稀土元素在气敏半导体中的作用[J];中国稀土学报;1985年01期
5 彭永清;李建平;尹恩华;;气敏色谱法分析硅烷和磷烷[J];低温与特气;1988年01期
6 赵玛;吴占雷;韩周祥;魏剑英;张茹;;钙钛矿复合氧化物在气敏方面的研究进展[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2010年02期
7 姚纲照,翁文华,周佐平;2种不同工艺制备的“气敏-光学”敏感膜[J];郑州轻工业学院学报;1994年S1期
8 郑顺镟,郭斯淦,黄亮平;二维光学薄膜的气敏反射光谱特性[J];分析测试学报;1996年06期
9 牛新书,徐荭,王新军;γ-Fe_2O_3超微粉的制备及气敏掺杂效应[J];功能材料与器件学报;2001年01期
10 范文玉;李晓超;王黎;姚慧;金飙;;纳米CuO-SnO_2气敏粉体的制备及气敏特性研究[J];石油化工高等学校学报;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;《郑州轻工业学院学报》(自然科学版)第15卷(2000年)总目录[A];第六届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2000年
2 翟佳丽;谢腾峰;王德军;;CdS/ZnO复合材料光电气敏性质[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
3 陈向东;蒋亚东;吴志明;李丹;;复合物气敏薄膜的优化设计[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
4 张琦;董永贵;盛国俊;;一种光催化TiO2膜的阻抗特性及应用[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
5 周泽义;盖良京;王德发;;化学转化柱法测定气体中的微痕量水分的气敏分析仪的研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年
6 刘海波;李雪梅;徐宝琨;李熙;赵慕愚;;纳米晶α—Fe_2O_3材料气敏性质的研究[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
7 沈文锋;赵岩;张彩碚;;喷墨打印次数对SnO_2气敏薄膜性能的影响[A];第八届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2004年
8 周爽;毛少瑜;谢兆雄;;锰酸钇及其掺杂物纳米颗粒的合成与气敏性质研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
9 曹丰;李东旭;管自生;;聚苯胺用于气敏传感器件的研究[A];2007年全国博士生学术论坛(材料科学与工程学科)论文集[C];2007年
10 孙冉;李方方;蒋亚琪;谢兆雄;;氧化锌在混合溶剂热条件下的合成、表征和气敏性质测试[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 湖北 朱少华;金龙CPT8A型自动抽油烟机工作原理及故障检修[N];电子报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王小风;氧化物纳米材料对CO_2及还原性气体的气敏性研究[D];山东大学;2014年
2 杨黎;金属氧化物半导体多孔膜材料气敏过程中的导电行为研究[D];华中科技大学;2013年
3 桂阳海;纳米ZnO基气敏元件制备及在易燃、易爆物检测中的应用研究[D];华中科技大学;2006年
4 翟佳丽;氧化锌纳米复合材料的光电气敏性质研究[D];吉林大学;2012年
5 谢丹;NO_2气敏LB膜及其微结构传感器研究[D];电子科技大学;2001年
6 彭亮;基于氧化锌纳米材料的光电气敏性质研究[D];吉林大学;2009年
7 徐琳;静电纺丝法制备一维氧化物纳米材料及其传感和发光性质的研究[D];吉林大学;2011年
8 何洪;取向多孔导电聚乙烯醇(聚氨酯)基复合材料的制备及气敏行为[D];重庆大学;2012年
9 高钱;多孔复合材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2010年
10 杨敏;纳米ZnO光电气敏原型器件的设计及性质研究[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨芬;钙钛矿型材料的气敏性质研究[D];昆明理工大学;2004年
2 余龙;SnO_2基传统气敏材料改性及对CO_2气体的气敏特性研究[D];重庆大学;2004年
3 赵先锐;偏锡酸锌稀土掺杂及酒敏性能研究[D];重庆大学;2006年
4 陈浩;光激发气敏传感及其高通量表征装置的研究[D];华中科技大学;2012年
5 韩丽娜;花状纳米氧化锌光电气敏性质的研究[D];吉林大学;2012年
6 冯祖勇;α-Fe_2O_3基气敏纳米材料的制备及其结构、性能的研究[D];福州大学;2002年
7 李月;酞菁有机半导体气体传感器的研究[D];哈尔滨理工大学;2006年
8 王萍;过渡金属酞菁衍生物薄膜的制备及其气敏性质研究[D];黑龙江大学;2009年
9 许杰;低阻低温的ZrO_2基底TMA传感器的研究和制作[D];华东师范大学;2007年
10 柏自奎;激光微加工纳米ZnO气敏传感器阵列制备技术研究[D];华中科技大学;2005年
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