柔性触觉传感器用碳纳米管复合材料的研究

摘要

碳纳米管独特的力学和电学性能，使其在制备功能复合材料领域具有广泛的应用前景。本文阐述了碳纳米管的结构、性能及应用；分析了柔性触觉传感器及其敏感材料的研究现状；针对现有研究中敏感材料所存在的问题，提出了碳纳米管填充型和碳纳米管/炭黑并用填充型导电橡胶的研究方案。
　　 本研究采用混酸改性结合超声波分散工艺对碳纳米管进行了预处理，并通过红外光谱和扫描电子显微镜等测试手段对样品进行了表征和分析。结果显示：碳纳米管在有机溶剂中的分散性得以改善；碳纳米管表面接枝了羧基基团，有助于其反应活性的提高。
　　 利用溶液共混法，制备了碳纳米管填充型和碳纳米管/炭黑并用填充型导电橡胶实验样品；分析了碳纳米管的填充比例、长径比、功能化等对复合材料的导电性、压阻线性、弛豫、温度及力学特性的影响。实验结果表明：碳纳米管和炭黑并用时在橡胶体系中形成的“葡萄串”结构及不同维度纳米填料间的协同作用有助于增强复合材料导电网络的稳定性。在合适的配比情况下，炭黑/碳纳米管并用导电橡胶的压阻线性度、线性区间、弛豫、温度等性能较传统炭黑填充型导电橡胶均有较大改善，可用于制备性能优良的柔性触觉传感器。

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致谢

第一章 绪论

1.1柔性触觉传感器研究进展

1.1.1触觉传感器阵列

1.1.2智能皮肤

1.1.3目前研究的不足

1.2压力敏感导电橡胶研究进展

1.2.1导电橡胶

1.2.2炭黑填充型导电橡胶

1.2.3碳纳米管填充型导电橡胶

1.3课题的来源、意义和主要内容

第二章 碳纳米管的结构与改性研究

2.1碳纳米管的结构与性质

2.1.1碳纳米管的结构

2.1.2碳纳米管的性质

2.2碳纳米管的纯化与改性

2.2.1碳纳米管的纯化

2.2.2碳纳米管的改性

2.2.3碳纳米管的分散

2.2.4实验方案

2.3实验研究

2.3.1实验原料与仪器

2.3.2混酸处理方法

2.3.3超声分散

2.3.4测试与表征

2.4结果与分析

2.4.1红外光谱分析

2.4.2 SEM分析

2.4.3碳纳米管在有机溶剂中的分散性

2.5总结

第三章 碳纳米管填充型导电橡胶的性能研究

3.1碳系填料导电橡胶的理论研究

3.1.1导电橡胶导电机理

3.1.2导电橡胶的压阻特性

3.2导电橡胶的制作工艺研究

3.3实验部分

3.3.1实验原料与仪器

3.3.2导电橡胶的制备

3.4结果与讨论

3.4.1电镜分析

3.4.2导电橡胶的导电性能

3.4.3导电橡胶的压力-电阻特性

3.4.4导电橡胶的力学特性

3.5总结

第四章 碳纳米管/炭黑并用导电橡胶的性能研究

4.1 填料并用的理论研究

4.1.1填料并用时的填料网络结构

4.1.2炭黑和碳纳米管的协同效应

4.2碳纳米管/炭黑并用导电硅胶的制备

4.2.1实验原料与仪器

4.2.2材料的制备

4.3结果与讨论

4.3.1导电橡胶的压阻特性

4.3.2导电橡胶的弛豫特性

4.3.3导电橡胶的温度特性

4.4总结

第五章总结与展望

5.1结束语

5.2下一步的工作及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及专利