收藏本站
收藏 | 论文排版

碳纳米管/硅橡胶复合材料介电与压阻性能研究

江美娟  
【摘要】: 压敏导电复合材料电阻随外加压力的变化而变化(压阻性能),可作为压力传感器材料。压力传感器材料应具有较高的压敏强度、较低压缩永久变形、性能稳定且弹性模量与其接触材料相匹配。然而,在过去的发展过程中,受填料和加工工艺的限制,压敏材料可控性低,重复性较差,发展较缓。同时,导电填料填充聚合物复合材料是一类新型高介电材料,尽管在过去的一段时间,人们对这类复合材料的介电行为和逾渗现象进行了一定的研究,然而对于其在交变电场下的极化规律以及电导机理仍然不是很清楚。 本文选择性能优异的多壁碳纳米管作为功能填料,在对其改性的基础上,采用湿法和三辊研磨机制备了碳纳米管/硅橡胶复合材料,对其导电、介电和压阻性能及影响因素作了详细研究。 通过对碳纳米管表面修饰研究发现,硅烷偶联剂KH550是碳纳米管/硅橡胶复合材料一类简单有效的改性剂,可直接与原始碳纳米管表面存在的有机基团发生化学反应,维持了碳纳米管原有的性能,提高了碳纳米管与硅橡胶之间的结合力,使碳管较均匀的分散在基体中,提高了复合材料的机械性能。同时,采用三辊研磨机制备得到填料完全分散的改性碳纳米管/硅橡胶复合材料。 本文对碳纳米管/硅橡胶复合材料的逾渗情况作了详细研究,考察了复合材料导电性能的影响因素,总结了导电性和填料分散之间的关系。研究发现,复合材料的渗流阈值较小,仅为1.0 vol.%,这保证了复合材料较好的弹性和性能稳定性。但相对结晶高聚物基体复合材料,碳纳米管/硅橡胶基复合材料的渗流阈值较大。并且由于碳管在聚合物基体中弯曲分布,其有效长径比降低,导致其渗流阈值高于理论估算值。同时,碳管表面被基体包裹,复合材料中主要为隧道和跃迁导电。在一定范围内,电导率随着温度的增大而增大。较强的界面作用在提高碳纳米管分散的同时也阻碍了电子的传导。 本文通过对交流阻抗谱图的分析,建立了复合材料等效电路,对其弛豫机制和交流导电机理进行了比较详细的分析。研究发现,两个并联的电阻-电容电路串联构成了复合材料的等效电路。在低频时,复合材料电导率不随频率变化而变化;中高频时,由于电容和界面极化松弛作用,电导率随频率的增大而增大。当复合材料电导率达到一定程度时,材料具有电感性,在高频时,电导率随频率的增大而减小。同时,复合材料介电常数随频率变化曲线可分为三部分,在低频下发生低频介电弥散现象(LFD),介电常数随频率成指数性变化;中频率阶段,极化主要为碳纳米管和基体形成的界面局域电荷跃迁,类似于偶极子,介电常数对频率的依赖性较低;高频主要是碳纳米管本身电子云的极化。中频区域介电常数的大小取决于两个方面,一方面为复合材料中局域电荷的数量,另一方面为界面势垒能的大小。因为在一定范围内随着碳纳米管含量的增大,复合材料内部界面势垒能的高低,局域电荷和导电网络同时增多,导致其介电常数和电导率都增大。但当碳纳米管含量继续增大,大多数碳管参与形成导电网络,局域电荷变少,介电常数下降。以上导电和介电理论的提出为制备高导电、高介电复合材料提供了理论基础。 最后,本文对复合材料压阻性能的机理和影响因素作了详细考察。研究发现,碳纳米管/硅橡胶复合材料的电阻随着压力的增大而增大,而且在一定压力范围内电阻的对数与压力呈良好的线性关系,属于一种新型压敏材料。压阻性能与复合材料中填料的含量直接有关,当填料含量较多时,粒子之间的平均距离较小,压力的作用可使粒子之间相互接触,从而电导率增大;但当填料含量比较少时,粒子之间的平均距离较大,压力主要破坏已经形成的导电网络,而难以促使新的导电渠道形成。对于碳纳米管/硅橡胶复合材料,较少量的碳管首尾相接形成了导电网络,致使碳管之间的平均距离较大,因而复合材料电阻随着压力的增大而增大。通过对压阻性能影响因素研究,本文制备了线形可控、压敏强度高和重复性强的压敏导电复合材料。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;碳纳米管内壁参与化学反应首次被发现[J];化学工业与工程;2011年05期
2 ;纳米衣[J];文苑;2011年09期
3 郑冬冬;;新型碳纳米管的薄膜晶体管问世[J];半导体信息;2011年02期
4 ;兵器&空间快讯[J];上海调味品;2010年06期
5 于金刚;黄笃树;黄可龙;刘素琴;曾冬铭;;碳纳米管在药物载体领域的进展[J];化学通报;2011年08期
6 王秀艳;徐占林;孔治国;;尿酸在聚直接蓝-71/碳纳米管复合膜修饰电极上的电化学行为[J];广东化工;2011年06期
7 王晋宝;田美灵;张洪武;郭旭;;单壁碳纳米管的耦合行为研究[J];力学季刊;2011年02期
8 黄秋玉;曾效舒;吴集才;周国华;;碳纳米管/镁锌复合材料在氯化钠溶液中的腐蚀行为[J];热加工工艺;2011年12期
9 陈乘;纪雪梅;周谦;余书勤;;几种碳纳米管对小鼠呼吸系统的影响[J];安徽农业科学;2011年21期
10 蔺向阳;骞伟中;李达;潘仁明;;碳纳米管在双基推进剂中的分散技术[J];固体火箭技术;2011年03期
11 吕俊峰;刘华;;受限于碳纳米管中水分子特性的分子动力学模拟研究[J];广州化工;2011年13期
12 王宝;江凤;舒春英;蒋礼;王春儒;;n型金刚石薄膜催化生长碳纳米管[J];中国科学:化学;2011年08期
13 薛伟;尹桂;;TPU/MWCNTs复合膜的制备及性能研究[J];科技致富向导;2011年23期
14 陈彦霖;王晋宝;周卫;李菲菲;唐志波;;碳纳米管的振动研究进展[J];浙江海洋学院学报(自然科学版);2011年03期
15 曾青华;董新法;;碳纳米管金属催化剂在加氢脱氢反应中的应用[J];高分子通报;2011年06期
16 欧建华;韩强;;悬臂碳纳米管纯弯问题的非局部弹性解[J];科学技术与工程;2011年24期
17 杜攀;高姗;;纳米碳管金属复合物的研究进展[J];江苏教育学院学报(自然科学版);2010年04期
18 王灿;詹亮;黄正宏;乔文明;梁晓怿;杨俊和;凌立成;;氮掺杂碳纳米管的无金属催化剂合成和表征[J];无机材料学报;2011年08期
19 康中志;王翔;王钧;;软模/真空灌注成型内翻法兰半球的工艺探讨[J];纤维复合材料;2011年01期
20 徐德彬;宋庆文;王进美;;碳纳米管复合相变微胶囊的过冷性[J];天津工业大学学报;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姚凌江;张刚;陈小华;彭景翠;;碳纳米管改性硅橡胶研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
2 程利;孙晓刚;高明;;电磁屏蔽硅橡胶研制[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
3 胡业旻;殷利民;曹威;李瑛;朱明原;白琴;;电晕放电等离子体增强化学气相沉积法合成氮掺杂碳纳米管[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
4 孙瑞敏;赵辉;陈永;刘洋;赵海沨;;碳纳米管与环氧树脂共混工艺研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 李世胜;喻万景;侯鹏翔;刘畅;成会明;罗艳红;孟庆波;吕伟;吴思达;杨全红;;碳纳米管垂直阵列/石墨烯纸复合材料在锂离子电池和染料敏化太阳能电池中的应用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 李曼;白树林;张杨飞;贾治勇;;不锈钢纤维/碳纳米管填充尼龙基复合材料的力学性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
7 刘夏;杨庆生;;网络碳纳米管复合材料的有效力学性能[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
8 周成飞;翟彤;曹巍;郭建梅;曾心苗;;碳纳米管/聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
9 陈广新;毕丹;;碳纳米管的表面修饰及其改性聚乳酸的研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
10 苏丹华;张玲;金磊;李春忠;;静电吸附制备玻璃布/碳纳米管增强体改性环氧树脂[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王灿;碳纳米管和石墨烯的合成及其氮掺杂[D];华东理工大学;2011年
2 曹礼梅;电加热—液态气相催化法在环境中的应用探索[D];上海交通大学;2011年
3 刘丽娜;碳纳米管—双马来酰亚胺体系的摩擦磨损研究[D];浙江大学;2010年
4 徐立华;电晕等离子体改性碳纳米管及其在环氧树脂中的应用[D];浙江大学;2010年
5 梅蕾;碳纳米管/碳纤维多尺度结构制备及其界面增强效果研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 朱幸福;碳纳米管复合材料及碳纳米管为模板的纳米管的制备与性质研究[D];吉林大学;2011年
7 崔伟;表面修饰碳纳米管/环氧树脂复合材料的界面结构与性能[D];华中科技大学;2011年
8 蒋辽川;半导体金属氧化物修饰碳纳米管的制备及其电催化、光电催化性能的研究[D];华南理工大学;2010年
9 亓钧雷;碳纳米管、碳纳米片、石墨烯及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
10 高博;苯磺酸功能化碳纳米管基复合材料的制备及其超电容特性[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐勤;碳纳米管树状分子复合材料的制备及其性能研究[D];上海师范大学;2010年
2 祝丽娟;碳纳米管/二氧化硅/炭黑/溶聚丁苯橡胶硫化胶性能研究[D];南京理工大学;2010年
3 林德盟;高分子水凝胶修饰碳纳米管神经元探针[D];南京理工大学;2010年
4 刘晓伟;碳纳米管及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
5 陈晨;碳纳米管的功能化及其复合材料的电化学性能研究[D];北京化工大学;2010年
6 袁璐;基于碳纳米管和铂纳米粒子的葡萄糖电化学生物传感器[D];湖南大学;2009年
7 秦瑞红;气体膨胀液体的热力学性质研究及其在碳纳米管功能化修饰中的应用[D];郑州大学;2010年
8 林小静;碳纳米管的低温等离子体改性及其引发苯乙烯接枝共聚[D];天津大学;2010年
9 王蜜;聚硅氧烷接枝碳纳米管及聚合物复合材料的制备与性能[D];东北林业大学;2010年
10 曾静;自由基加成反应在碳纳米管和石墨烯修饰中的应用[D];兰州大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;水做载体碳纳米管无所不能[N];大众科技报;2003年
2 记者 何德功;日用碳纳米管材料制成吉祥鸟“纸鹤”[N];新华每日电讯;2003年
3 何鸣;世界最大碳纳米管厂5月在日本投产[N];中国建材报;2010年
4 刘霞;吸入碳纳米管可影响人体免疫力[N];科技日报;2009年
5 本报记者 李宏乾;碳纳米管:性能独特前景诱人[N];中国化工报;2010年
6 常丽君;碳纳米管电探针阵列获专利[N];科技日报;2011年
7 实习生 程凤;碳纳米管具有清洁污水的功能[N];科技日报;2011年
8 记者 王小龙;美制成碳纳米管增强型风电叶片[N];科技日报;2011年
9 何屹;新型碳纳米管纱扭曲能力提高千倍[N];科技日报;2011年
10 记者 常丽君;碳纳米管会伤害细胞[N];科技日报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978