以碳纳米管为介质的聚合物导电泡沫的制备研究

摘要

近年来，工业技术水平的迅猛发展对材料性能提出了更高的要求，具有优异性能的导电高分子复合材料因此受到了广泛的关注。然而，通常的高分子复合材料体系中，绝缘性聚合物基体的存在增加了导电填料之间的非接触电阻，阻碍了导电通路的形成不利于材料导电性能的提高。同时由于基体中导电填料处于无规排列状态，为了达到所需导电性能，通常需要较高的添加量，不仅提高了成本，而且增加了复合材料成型工艺的复杂程度。因此，如何在低填料负载量的情况下制备出优异性能的导电复合材料成为一个迫切需要解决的问题。本论文针对这些问题，研究了具表面活性剂性能的聚电解质聚（3，4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)包覆的碳纳米管(MWCNTs)做填料，采用浓乳液模板法制备PEDOT∶PSS/ MWCNTs/聚苯乙烯(PS)导电泡沫复合材料。利用PEDOT∶PSS的表面活性剂作用和导电作用，增强碳纳米管在基体中的分散能力，降低碳纳米管之间的非接触电阻;利用泡孔结构对填料负载位置的选择性作用，降低材料逾渗值。
　　首先，通过将混酸处理的碳纳米管分别经油相和水相引入聚苯乙烯基体中，研究了碳纳米管的引入相对聚苯乙烯泡沫材料泡孔结构和导电性能的影响。实验结果表明，碳纳米管从水相引入时可以很好的发挥pickering稳定剂的作用，制得材料的泡孔孔径小且均匀，在同样负载量情况下，与碳纳米管从油相引入材料相比，导电性提高近两个数量级。
　　固定碳纳米管的含量，进一步探究了PEDOT∶PSS对MWCNTs分散能力和MWCNTs/PS泡沫复合材料的影响。结果表明，PEDOT∶PSS可在碳纳米管表面形成包覆层，具有很好的碳纳米管分散能力。同时，材料的泡孔结构随PEDOT∶PSS含量的的变化影响不大，但导电性却与其含量密切相关，最终在MWCNTs/PEDOT∶PSS的质量比为1∶4时导电性达到最优效果，说明，在此质量比例下，两种不同形状填料间协同构建导电网络的效应发挥到最佳水平。
　　研究了不同填料负载量下聚苯乙烯泡沫材料的泡孔结构、导电性能和机械性能。通过不同形状的导电填料和泡孔之间的协同作用构建导电网络，最终实现了低逾渗值(0.3wt％)，高导电性材料的制备。并进一步研究了泡孔结构对聚苯乙烯多孔材料导电性能的影响，结果表明，在导电填料负载一定的情况下，孔径较小且分布均匀、孔壁较薄、孔隙率较大的泡孔形貌更利于导电网络的构建。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 导电高分子材料

1．2 导电高分子复合材料

1．2．1 导电高分子复合材料的种类

1．2．2 导电高分子复合材料的应用

1．3 泡沫复合材料

1．3．1 泡沫复合材料性能影响因素

1．3．2 泡沫复合材料制备方法

1．4 浓乳液模板法

1．4．1 浓乳液概述

1．4．2 浓乳液模板法制泡沫材料的制备方法

1．4．3 浓乳液模板法制备泡沫多孔材料的影响因素

1．5 碳系导电填料

1．5．1 种类与性能

1．5．2 改性方法

1．6 本文研究内容及意义

第二章 实验部分

2．1 主要原料

2．2 主要仪器设备

2．3 实验过程

2．3．1 碳纳米管的酸化

2．3．2 浓乳液模板法制备聚苯乙烯基泡沫复合材料

2．3．3 物理发泡剂发泡法制备聚苯乙烯基泡沫复合材料

2．4 测试与表征

2．4．1 结构表征

2．4．2 形貌表征

2．4．3 导电性能表征

2．4．4 机械性能表征

第三章 结果与讨论

3．1 纯聚苯乙烯基体泡孔结构的研究

3．1．1 分散相体积分数的影响

3．1．2 引发剂含量的影响

3．1．3 乳化剂含量的影响

3．1．4 交联剂含量的影响

3．2 碳纳米管的改性研究

3．3 纳米填料从连续相引入对材料泡孔和导电性能的影响

3．3．1 PEDOT：PSS的引入对材料的影响

3．3．2 PEDOT：PSS／MWCNTs的引入对材料的影响

3．4 填料的引入相对材料的影响

3．5 纳米填料从分散相引入对材料泡孔和导电性能的影响

3．5．1 PEDOT：PSS的引入对材料的影响

3．5．2 PEDOT：PSS／MWCNTs的引入对材料的影响

3．6 泡孔结构对材料导电性能的影响

3．7 复合材料的机械性能

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及已发表的学术论文

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