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Ni/硅橡胶导电复合材料的粒径效应

作　者: 孙震兴
导　师: 常方高
学　校: 河南师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 金属/高分子复合材料压阻效应粒径渗流阈值磁电阻介电性质
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文以硅橡胶(110型)为基体,以不同粒径的镍粉为导电填料,制成Ni/硅橡胶复合材料,利用扫描电镜(SEM)对Ni/硅橡胶复合材料的形貌、结构进行分析。首先选择了不同粒径的Ni/硅橡胶复合材料(基体与填料质量比为1:2.4),用山度SH-50型数显推拉力计对样品施加轴向压力,用HP3457A型数字万用表测量样品直流电阻并计算出电阻率。用Agilent4294A型阻抗分析仪测量样品受压后的交流电导G、电纳B、电容C、损耗D,并计算出交流电导率σ和介电常数ε′。描绘了粒径对Ni/硅橡胶复合材料的电阻率的影响以及交流电导率σ、介电常数ε′、介电损耗D随粒径的变化频谱;接着用HP3457A型数字万用表和ZC36型高阻仪对样品的电阻进行测量,绘制出粒径对Ni/硅橡胶复合材料的渗流阈值影响曲线;然后对填料粒径为200目的Ni/硅橡胶复合材料的磁电效应进行了讨论,最后对不同粒径填料的Ni/硅橡胶复合材料的磁电阻进行了初步探讨。实验结果表明:(1)在相同条件下,在相同质量配比(2.4:1.0)下,在微米级别上随着填料粒径的减小,Ni/硅橡胶的电阻率对压强更加敏感:在低压强下,粒径最大(74μm)的1#样品的Δρ/Δp为1.73×10~4Ωm/kPa,当粒径减小为3μm时(4#样品)其Δρ/Δp增大到4.92×10~4Ωm/kPa。在735kPa的同一压强下,填料粒径为3μm的4#样品的电阻率比1#样品小9个数量级。填料粒径为300nm的Ni/硅橡胶复合材料的电阻率在相同压强下比粒径最大(74μm)的1#样品还要大,说明Ni/硅橡胶的压敏性在3μm~300nm之间有一个拐点。(2)在微米级别上随着填料粒径的减小,复合材料的渗流阈值随粒径的减小而减小,填料粒径为74μm的Ni/硅橡胶复合材料的渗流阈值由3.0:1逐渐减小到填料粒径为3μm的复合材料的2.6:1。(3)在恒定压强下,交流电导率σ随时间逐渐增大,但其变化率随时间的增长逐渐减小。22分钟后交流电导率σ趋于稳定。在相同条件下,填料粒径处于微米级别的复合材料的交流电导率、介电常数和介电损耗均随着粒径的减小而增大。但当填料粒径减小到为300nm时,样品的电导率、介电常数和介电损耗反常减小,比填料粒径为74μm的样品还低,说明Ni/硅橡胶的这些性质在3μm~300nm之间也出现了一个拐点。(4)用磁强计测量出填料Ni为74μm的Ni/硅橡胶复合材料(Ni和硅橡胶质量比2.7:1)有明显的磁滞回线,说明Ni/硅橡胶复合材料是铁磁体材料;Ni/硅橡胶复合材料在0~1500Gs的磁场中电阻有减小的趋势,当磁场加到1500Gs以上时,磁化已经达到饱和,电阻随着磁场的增大而增大。在磁场由0.5T减小到0T过程中,在大于1000Gs时随着磁场的减小,电阻迅速减小,小于1000Gs时电阻又有小幅度增大,但是样品电阻没有回复到加磁场前的初始值,这与样品还有剩磁有关。(5)未加压力下, Ni/硅橡胶复合材料的磁电阻MR随着粒径变化曲线分为两个区域:在磁场小于1500Gs时,随粒径的减小磁电阻逐渐增大;在磁场大于1500Gs时,随粒径的减小磁电阻逐渐减小。本实验发现填料粒径为3μm的Ni/硅橡胶复合材料的压敏性最好,电导率、介电常数最大;并且弄清了74μm的Ni/硅橡胶复合材料的电阻率随磁场的变化规律及复合材料的磁电阻随粒径(微米级别)的变化规律。这对Ni/硅橡胶复合材料的应用具有重要意义。

Ni/硅橡胶导电复合材料的粒径效应

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