碳系纳米填料/聚合物基PTC导电复合材料的研究

摘要

高分子导电复合材料的温度系数效应是它的电阻率随温度变化的非线性响应，其表现为当体系温度升高至聚合物基体熔点附近时，复合材料的电阻率迅速增大2．8个数量级。这一智能开关性使其在感温元件、过热或过流保护器件以及加热材料等领域都有着重要的应用价值。但是，这类材料存在着室温电阻过高和负温度效应明显等问题，这些问题对其实际应用是不利的，因此如何进一步增强其温度响应性，提高正温度系数(PTC)强度，削弱甚至消除负温度系数(NTC)效应一直是人们努力探求的方向。
　　本文从降低室温电阻的角度出发，选用片状氧化石墨(GO)和具有较高长径比的多壁碳纳米管(MCNTs)作为导电填料，以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和具有超强耐受性的聚偏氟乙烯(PVDF)作为聚合物基体，分别研究了RGO/UHMWPE、 RGO/PVDF两类单基体复合体系以及RGO/PVDF/UHMWPE双基体和RGO-MCNTs/PVDF/UHMWPE双填料两类多元复合体系的室温电阻逾渗行为及其PTC效应。系统地研究了该方法对降低材料室温电阻和减小导电填料用量的主要贡献。研究内容如下：
　　首先，采用溶液法成功制备了RGO/UHMWPE和RGO/PVDF复合材料，二者都在稍大于逾渗阈值(2．5wt％、2wt％)的3wt．％RGO含量下具有较佳的PTC性能，其分别达到了1．342、1．536。
　　接着，采用用溶液法和机械共混法相结合成功制备了RGO/PVDF/uhMWPE复合材料，当基体比为1：1时，该复合体系比其他同质量分数但不同基体质量比的复合体系电导率更高，达到6×10-4S/m，其PTC强度达到了2．03，这是RGO在两基体相中选择分布的结果。
　　最后，将MCNTs添加到RGO/PVDF/UHMWPE中，制备了四元复合材料。其中，MCNTs和RGO相互搭接使得体系的导电通路更加完善有效，因此能够更好地配合导电，当MCNTS含量为0.5wt％时，其PTC强度达到了2.86。

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1.绪论

1.1 引言

1.2 复合型导电高分子材料的导电机理

1.3 聚合物基导电复合材料的 PTC 机理

1.4聚合物基PTC导电复合材料的性能改善

2.RGO填充聚合物基复合材料导电性能及 PTC/NTC 行为的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4 本章小结

3.RGO/UHMWPE/PVDF双基体复合材料的导电性及 PTC/NTC行为的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

4.四元聚合物基 PTC 导电复合材料的性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5.结论与展望

参考文献

致谢