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碳纳米管/聚合物复合导电膜的研究

作　者: 喻研
导　师: 姜胜林
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 导电高分子纳米复合材料碳纳米管渗流阈值电导率柔韧性热稳定性
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要

复合型高分子导电膜在电子电力、通信、能源等领域有着广泛的应用前景,自发现之日起它就成为材料科学的研究热点。用碳纳米管填充的这类膜具有填充物含量低、力学性能好等优点,近年来受到研究人员的广泛关注。本论文将围绕导电膜的电导率、柔韧性、热稳定性三个重要指标,采用不同碳纳米管、不同聚合物基体、不同微观改性方式,通过设计对比实验和对宏微观性能的分析与测试来研究碳纳米管填充的聚合物基复合导电膜。首先研究了碳纳米管/低密度聚乙烯导电膜。发现多壁碳纳米管填充的纳米复合的导电渗流阈值为1.7 V%。制备了碳纳米管含量为3 V%的低密度聚乙烯纳米复合膜,其电导率为0.085S·m^-1 ,并且具有良好的柔韧性。研究发现该膜的热稳定性较差,尚待改善。在研究过程中发现并研究了一个物理现象:当复合膜的厚度同填充碳纳米管的长度可以比拟时,膜厚对材料的导电渗流阈值产生显著影响,随着膜厚的减小,阈值将减小。进一步选择了热稳定性较好的聚偏氟乙烯作为基体材料以克服低密度聚乙烯基纳米复合膜在热稳定性上存在的问题。研究了碳纳米管/聚偏氟乙烯纳米复合膜的导电性能和热稳定性。当MWCNT/PVDF纳米复合膜为100μm厚时导电渗流阈值为2.1 V%。制备了碳纳米管含量为3 V%的聚偏氟乙烯纳米复合膜,其电导率为0.038 S·m^-1,并且具有良好的柔韧性和热稳定性。进一步研究表明,膜厚对材料的电导率和导电渗流阈值有较显著影响,并且薄样品的柔韧性更好,而膜厚对热稳定性无显著影响。通过对比实验研究了MWCNT/PVDF纳米复合膜的热稳定性机理,初步确定了MWCNT和PVDF的良好界面结合性以及碳纳米管的特殊形态是决定热稳定性的两个重要因素。为了进一步改善MWCNT/PVDF纳米复合膜的性能,采用微观形貌的调控对其改性。首先选择硅烷偶联剂KH550对膜进行改性。发现当KH550含量适当时,膜的电导率有明显提高;同时:适量KH550改性可以降低材料的渗流阈值。并且材料的柔韧性和热稳定性也有一定的改进。然后研究了纳米蒙脱土DK-4对膜的改性作用。发现当DK-4含量适当时,膜的电导率有明显提高;同时:适量添加DK-4可以降低材料的渗流阈值。最后研究了KH550和DK-4共同改性对复合膜性能的影响。发现两者共同改性的复合膜具有最佳的性能:最低的渗流阈值（1.18 V%）、最高的电导率(在MWCNT含量为3 V%时的电导率提高到0.213S·m^-1 ),同时具有良好的柔韧性和热稳定性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-19
  1.1 导电材料简介  10-11
  1.2 复合型导电加热膜简介  11-12
  1.3 复合型导电高分子材料的导电机理  12-13
  1.4 大幅降低导电渗流阈值的方法  13-14
  1.5 碳纳米管及其复合材料简介  14-17
  1.6 高分子基复合材料制备工艺  17
  1.7 本论文的研究内容及意义  17-19
2 多壁碳纳米管/低密度聚乙烯导电膜的性能研究  19-29
  2.1 MWCNT/LDPE导电膜的制备及性能研究  19-24
  2.2 膜厚对导电渗流阈值的影响  24-27
  2.3 本章小结  27-29
3 多壁纳米管/聚偏氟乙烯导电膜的性能研究  29-41
  3.1 MWCNT/PVDF导电膜的制备及性能研究  30-33
  3.2 膜厚对MWCNT/PVDF导电膜性能的影响  33-35
  3.3 MWCNT/PVDF导电膜的热稳定性机理初探  35-40
  3.4 本章小结  40-41
4 碳纳米管/聚偏氟乙烯导电膜的改性研究  41-61
  4.1 硅烷偶联剂对MWCNT/PVDF导电膜的改性作用  42-49
  4.2 纳米粘土对MWCNT/PVDF导电膜的改性作用  49-55
  4.3 KH550 和DK-4 共同改性的MWCNT/PVDF导电膜的性能研究  55-60
  4.4 本章小结  60-61
5 总结与展望  61-64
  5.1 全文总结  61-62
  5.2 创新点归纳  62-63
  5.3 展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-74
附录1 攻读学位期间发表论文目录  74

碳纳米管/聚合物复合导电膜的研究

内容摘要

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