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Fe3O4/MWCNTs/PVDF复合材料的制备及其介电性能研究

作　者: 张小青
导　师: 李刚
学　校: 哈尔滨师范大学
专　业: 无机化学
关键词: 复合材料 介电性能 聚合物 多壁碳纳米管 铁氧体
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


将两种或多种材料进行复合,发挥各组分材料的优势能够制备出具有特殊性能的复合材料。高介电复合材料在电子与电力工程技术方面的应用非常广泛,传统的陶瓷电介质材料虽然具有非常优异的介电性能,但是陶瓷电容器在制造过程中需要高温煅烧,耗能大,工艺复杂,而且这种介质材料的柔韧性较差,在使用过程中易开裂,影响其应用。因此,开发具有高介电性能,同时又具有可加工性能的介电材料,特别是聚合物基复合材料,成为近些年研究的热点。本研究通过选用具有较大长径比的MWCNTs,并在MWCNTs上负载Fe3O4,以PVDF为基体,最后用熔融压片的方法制备Fe3O4/MWCNTs/PVDF复合材料。通过在聚合物基体内分散Fe3O4/MWCNTs ,利用渗流效应,使Fe3O4/MWCNTs/PVDF三相复合材料具有高的介电常数。添加组分中MWCNTs和Fe3O4质量比为1:1,MWCNTs和Fe3O4的总质量分数分别为0,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%,3.0%,3.5%。研究了添加组分含量、频率以及压片温度对复合材料介电性能的影响。结果表明:MWCNTs和Fe3O4的加入,明显提高MWCNTs/Fe3O4/PVDF复合材料的介电性能,210℃压片时两者总质量分数为2.5%时,在1000Hz下MWCNTs/Fe3O4/PVDF的介电常数高达35525,230℃压片时两者总质量分数为3.0%时,在1000Hz下MWCNTs/Fe3O4/PVDF的介电常数高达48946,此种复合材料具有较高的介电常数,同时介电损耗也较高,这种复合材料有望在吸波材料领域得到应用。

全文目录


摘要  11-12
ABSTRACT  12-13
第1章 绪论  13-26
  1.1 课题背景及研究目的意义  13-15
  1.2 碳纳米管(CNT)的概述  15-18
    1.2.1 碳纳米管的结构  15-16
    1.2.2 碳纳米管的分类  16
    1.2.3 碳纳米管的性能  16-18
  1.3 聚偏氟乙烯(PVDF)的概述  18-19
  1.4 铁氧体Fe_3O_4 的概述  19
  1.5 聚合物基复合材料的制备方法  19-23
    1.5.1 共混法  19-20
    1.5.2 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)  20
    1.5.3 原位聚合法  20
    1.5.4 插层法  20-22
    1.5.5 自组装技术  22
    1.5.6 其它制备方法  22-23
  1.6 碳纳米管/聚合物基复合材料的性能  23-24
    1.6.1 力学性能  23
    1.6.2 电学性能  23-24
    1.6.3 热学性能  24
  1.7 碳纳米管/聚合物基复合材料的应用  24-25
  1.8 本课题研究内容  25-26
第2章 试验材料及表征方法  26-30
  2.1 试验材料及仪器设备  26-27
    2.1.1 试验试剂和药品  26
    2.1.2 试验仪器  26-27
  2.2 表征方法  27-30
    2.2.1 X 射线衍射仪(XRD)  27-28
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  28
    2.2.3 红外光谱仪(FT-IR)  28-29
    2.2.4 振动样品磁强计(VSM)  29
    2.2.5 精密阻抗分析仪  29-30
第3章 MWCNTs 的纯化与表征  30-37
  3.1 引言  30
  3.2 MWCNTs 的纯化  30-33
    3.2.1 浓 H_2SO_4 和浓 HNO_3 处理 MWCNTs  30-31
    3.2.2 浓 H_2NO_3 和浓 HCl 处理 MWCNTs  31-32
    3.2.3 硝酸酸化处理MWCNTs  32-33
  3.3 MWCNTs 的表征及分析  33-36
    3.3.1 MWCNTs 的XRD 表征及分析  33-34
    3.3.2 MWCNTs 的SEM 表征及分析  34-35
    3.3.3 MWCNTs 的FT-IR 表征及分析  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 Fe_3O_4和Fe_3O_4/MWCNTs 的制备与表征  37-47
  4.1 引言  37
  4.2 Fe_3O_4 纳米粒子的制备与表征  37-42
    4.2.1 Fe_3O_4 纳米粒子的制备  37-38
    4.2.2 Fe_3O_4 的表征及分析  38-42
  4.3 Fe_3O_4/MWCNTs 的制备与表征  42-46
    4.3.1 Fe_3O_4/MWCNTs 的制备  42-43
    4.3.2 Fe_3O_4/MWCNTs 的表征及分析  43-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章 Fe_3O_4  47-57
  5.1 引言  47
  5.2 Fe_3O_4/MWCNTs/PVDF 复合材料的制备  47-48
  5.3 Fe_3O_4/MWCNTs/PVDF 复合材料的性能测试  48-56
    5.3.1 Fe_3O_4/MWCNTs/PVDF 的SEM 表征及分析  48-50
    5.3.2 Fe_3O_4/MWCNTs/PVDF 的介电性能测试  50-56
  5.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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