碳纳米管/硅橡胶复合材料压阻机理的研究

摘要

压阻效应即材料的电阻率随着外界所施加压力的变化而发生变化的现象。材料的电阻率随着压力的增大而增加或降低的现象,分别被称为正压阻系数效应(PPCR)和负压阻系数效应(NPCR)。通常,在受压条件下,复合材料会发生形变,基体被弹性压缩,导电颗粒之间的距离变小,从而形成更多的导电通道,绝缘势垒数目减少,使得复合材料的电阻变小,即NPCR效应,例如以炭黑为导电填料的压敏复合材料。而以碳纳米管为导电填料的压敏复合材料,却会发生PPCR效应。由于碳纳米管具有优越的化学物理特性,可赋予复合材料良好的压敏特性。MWNT／RTV复合材料为压敏性线形可控、重复性强且压敏强度高的压敏导电复合材料。
　　 本文以室温硫化硅橡胶(RTV)为基体,碳纳米管(MWNT)为第一种填料,分别以炭黑(CB),三氧化二铝(Al2O3),二氧化硅(SiO2)为第二种填料,经三辊研磨法制备压敏导电橡胶。主要研究了MWNT／第二种填料／RTV复合材料的压阻性能并探索了MWNT／RTV复合材料的压阻机理,此外,还对填料的改性和MWNT／第二种填料／RTV复合材料的介电性能进行了研究。
　　 研究表明在MWNT／RTV复合材料中加入CB后,其压力敏感性降低；加入Al2O3(SiO2)后,其压力敏感性增加,且(MWNT-SiO2,)／RTV复合材料的电阻与压力的变化呈良好的线性关系。结果表明:加入第二种填料后,其会对复合材料中的碳纳米管起到支撑作用；当复合材料受到外界压力作用时,有利于碳纳米管发生取向；若第二种填料为非导电填料,复合材料的压敏性变强,若第二种填料为导电填料,复合材料的压敏性变弱；从而探究了碳纳米管／硅橡胶复合材料发生PPCR效应的机理,即在压力的垂直方向碳纳米管发生取向。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第一章 绪言

1.1 课题背景

1.2 碳纳米管的概述

1.2.1 碳纳米管结构

1.2.2 碳纳米管性能

1.3 导电高分子复合材料

1.3.1 概述

1.3.2 导电高分子的构成

1.3.3 导电高分子的导电机理

1.3.4 导电高分子材料的制备方法

1.3.5 影响导电高分子复合材料导电性能的因素

1.4 纳米材料概述

1.5 复合材料介电性能概述

1.5.1 电介质极化

1.5.2 介电性能的表征

1.6 选题目的、意义及本课题主要研究内容

1.6.1 选题目的和意义

1.6.2 研究内容

第二章 试验材料的选择、制备和测试方法

2.1 材料选择

2.1.1 基体的选择

2.1.2 填料选择

2.2 试验原料

2.3 样品的制备流程

2.3.1 填料的改性

2.3.2 碳纳米管/第二种填料/硅橡胶复合材料的制备

2.4 性能测试系统

2.4.1 实验仪器列表

2.4.2 性能测试

第三章 填料的改性与表征

3.1 复合材料显微结构

3.1.1 (MWNT-SiO2)/RTV复合材料的微观结构

3.1.2 (MWNT-Al2O3)/RTV复合材料的微观结构

3.1.3 (MWNT-CB)/RTV复合材料的微观结构

3.2 改性前后填料的红外分析

3.2.1 改性前后氧化铝的红外分析

3.2.2 改性前后二氧化硅的红外分析

3.2.3 改性前后碳管的红外分析

第四章 复合材料的压阻性能

4.1 引言

4.2 非导电填料SiO2用量对复合材料压阻性能的影响

4.3 导电填料CB用量对复合材料的影响

4.4 填料改性对复合材料压阻性能的影响

4.4.1 非导电填料Al2O3改性对复合材料压敏性能的影响

4.4.2 非导电填料SiO2改性对复合材料压敏性能的影响

4.5 碳纳米管长径比对复合材料的影响

4.5.1 当第二种填料为非导电颗粒时的影响

4.5.2 当第二种填料为导电粒子时的影响

4.6 填料的导电性对复合材料的影响

第五章 复合材料介电性能研究

5.1 (MWNT-SiO2)/RTV复合材料介电性能

5.2 (MWNT-CB)/RTV复合材料介电性能

第六章 结论

参考文献

致谢

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