【正文】 ................................................................. 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................................................................... 2 導(dǎo)電高分子材料 —— 復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料 ............................................... 2 碳納米管結(jié)構(gòu)和性能 [4]................................................................................ 4 碳納米管 /高分子導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法 .................................................. 4 碳納米管 /聚合物體系導(dǎo)電機(jī)理 ................................................................... 6 本課題研究意義 ................................................................................................... 8 2 實驗部分 ..................................................................................................................... 10 試驗試劑及原料 ................................................................................................. 10 試驗儀器 ........................................................................................................... 10 試驗計算 ........................................................................................................... 11 試驗過程 .......................................................................................................... 12 3 試驗結(jié)果分析與討論 ................................................................................................... 13 透射電鏡分析 .................................................................................................... 13 紅外光譜分析 .................................................................................................... 13 導(dǎo)電率測試 ........................................................................................................ 14 熱分析曲線分析 ................................................................................................. 17 4 結(jié)論 ............................................................................................................................ 19 參考 文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 20 致謝 ............................................................................................................................... 22 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 2 1 緒論 研究本課題的目的及意義 80 年代以來 ,作為高分子材料發(fā)展的一個新領(lǐng)域 ,導(dǎo)電高分子材料的研究與開發(fā)已成為功能高分子材料研究的一個重要方面。結(jié)果表明， 當(dāng)碳納米管含量一定時，改變復(fù)合材料中 PMMA 含量 對其結(jié)構(gòu)， 熱 力學(xué)性能，導(dǎo)電性，及一些物理性能有顯著的影響。聚合物／ MWNT 導(dǎo)電復(fù)合材料是將碳納米管產(chǎn)業(yè)化的一個重要途徑，具有重大的理論和實際意義。其次，導(dǎo)電填料在聚合物共混體系中的不均勻分布現(xiàn)象對復(fù)合材料電學(xué)性能和力學(xué)性能有重大影響，對碳黑以及碳纖維在聚合物共混體系中的選擇性富集現(xiàn)象已有成熟的研究，但對碳納米管填充聚合物共混體系中這種現(xiàn)象研究甚少。其后世界各國大批科學(xué)家相繼研究導(dǎo)電高分子材料 ,成為高分子材料中非常活躍的一個領(lǐng) 域 [1]。它的導(dǎo)電機(jī)理比較復(fù)雜。為了解釋復(fù)合型導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電滲雜現(xiàn)象 , 人們提出了各種不同的理論。當(dāng)體系界面能過剩達(dá)到一個與聚合物種類無關(guān)的普適常數(shù)之后 ,導(dǎo)電粒子開始形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) ,宏觀上表現(xiàn)為體系的電阻率突降。 (1)基體樹脂 [2]主要有 :聚烯烴 (聚乙烯、聚丙烯等 )、聚氯乙烯、 ABS、聚酰胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)、聚碳酸酯、酚醛 樹脂、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅、聚酰亞胺、聚丙烯酸酯等。在一般情況下 ,導(dǎo)電粒子越小越好 ,但必須有一個適當(dāng)?shù)姆植挤?,以獲得緊密堆積 ,增大接觸面積 ,提高導(dǎo)電能力 。碳納米管一般由單層或多層組成 ,相應(yīng)地稱為單壁碳納米管 (SWCNT)和多壁碳納米管 (MWCNT)。 碳納米管 /高分子導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法 復(fù)合材料是由兩種或多種物質(zhì)混合制成的，它們在復(fù)合后所表現(xiàn)出來的性能是各組分單獨存在時所不具備的。熔融混合法具有無需溶劑，無溶劑殘留，加工速度快、方便，易于實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點。 原位聚合法： 原位聚合法是先將碳納米管與聚合物單體均勻分散，再引發(fā)單體聚合從而生成復(fù)合材料的過程。徐化明采用原位聚合的方法合 成的PMMA/ACNT(AlignedCarbonNanotube，簡稱 ACNT)復(fù)合材料，得到的復(fù)合材料的導(dǎo)電率相對于 PMMA提高了 18個數(shù)量級，而且縱向?qū)щ娐逝c橫向?qū)щ娐什煌?，約為后者的 4倍。原位聚合法可以較容易地實現(xiàn)碳納米管在復(fù)合材料中的均勻分散，而且聚合物一次聚合成型，不需熱加工，避免了由此產(chǎn)生的降解。 Safadi中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 6 等將 MWNT加入聚苯乙烯 (PS)的甲苯溶液中，然后通過旋涂的方法制備 MWNT／ PS復(fù)合膜，實驗結(jié)果表明，滲濾閾值小于 1％ 。 Shaffer等應(yīng)用水溶液體系，將碳納米管分散于水中并與聚乙烯醇的水溶液混合，然后澆注可以得到 PVA薄膜，對其導(dǎo)電性測試的表明該材料的滲濾閾值在 5 wt％ 到 10 wt％ 之間。 因此，并不是環(huán)境友好的方法。這種長程關(guān)聯(lián)并非在加入導(dǎo)電填料時立即出現(xiàn)，而是隨著填料濃度或某種密度的增加而突然發(fā)生。由于兩種聚合物的表面張力不同，對 碳納米管 粒子的吸附能力也不同使 碳納米管 粒子在兩種聚合物中呈現(xiàn)不均勻分布，通常 碳納米管 粒子主要位于表面張力較低的聚合物相內(nèi)和兩種聚合物的界面處?？紤]粒子運動遇到一個高于粒子能量的勢壘，按照經(jīng)典力學(xué)，粒子是不可能越過勢壘的，按照量子力學(xué)可以解出除了在勢壘處的反射外，還有透過勢壘的波函數(shù)，這表明在勢壘的另一邊，粒子具有一定的概率，粒子貫穿勢壘。 滲流理論主要是解釋電阻率 — 填料濃度的關(guān)系，它不涉及導(dǎo)電本質(zhì)，只是從宏觀角度來解釋復(fù)合物的導(dǎo)電現(xiàn)象 [13]，側(cè)重說明復(fù)合導(dǎo)電高分子材料中導(dǎo)電通路怎樣形成。有學(xué)者認(rèn)為由于界面效應(yīng)的存在，當(dāng)電壓增加到一定值后，導(dǎo)電粒子間產(chǎn)生的強(qiáng)電場引發(fā)了發(fā)射電場，使電子越過能壘產(chǎn)生電流，導(dǎo)致材料電阻呈