多壁碳納米管/聚苯乙烯一聚氯乙烯復合材料導電特性

文章主要綜述了碳納米管/聚氯乙烯復合材料的制備,并對此類復合材料的應用前景進行展望。

采用超聲波輔助溶液共混的方式制備聚乙烯醇/多壁碳納米管(pva/mwnt)復合材料,采用紅外光譜分析(ftir)、差示掃描量熱分析(dsc)、掃描電鏡(sem)對復合材料的結構及微觀形態(tài)進行了表征,對復合材料的物理機械性能及導電性能進行了測試。結果表明:pva與mwnt之間在共混膜中有一定的相互作用,采用溶液混合并用超聲輔助分散的方法可使mwnt在pva基體中分散良好,在mwnt含量較低的情況下就可以獲得導電性能及物理機械性能良好的復合材料。

conductivepropertiesofmultiwalledcarbonnanotubes(mwnts)filledhigh-densitypolyethylene(hdpe)compositespreparedbymeltblendingwerestudied.theresultsshowedthatasthemwntsconcentsreachto3%(massfraction),theelectricalconductivityofthecompositeschangesfrominsulatortosemiconductor,possessingresistivtiyof1010ω·cm.whileasthemwntsconcentsreachto5%,thecompositesbecomeagoodconductor.theresistivity-temperaturecharacteristicofthecompositesexhibitsthatwiththeincreasingofthetemperature,theresistivityofthecompositesfirstdecreases,whileincreasesabruptlywhenthetemperatureapproachesmeltingpoint(t_m)ofthematrix,indicatinganexistenceofthenegativetemperaturecoefficient(ntc)-positivetemperaturecoefficient(ptc)effect.itshouldbenotedthatthisphenomenoncannotbefoundinpolymer-basedcompositesfilledwithotherconductiveparticles,suchascarbonblack,graphite,carbonfiber.

采用超聲波分散溶液混合法,制備出導電性能優(yōu)良的多壁碳納米管(mwnts)/高密度聚乙烯(hdpe)導電復合材料。研究了不同含量及長徑比的mwnts對hdpe導電性能的影響。結果表明:mwnts可以顯著提高復合材料的導電性,其體積電阻率由1017ω.m降至107ω.m;長徑比較小的mwnts分散性較好,并能顯著提高材料的ptc(正溫度系數(shù)效應)強度,當w(mwnts-60100)=7%(相對于材料總質量而言)時,材料的ptc強度達到2.8。采用差示掃描量熱(dsc)法分析了復合材料的結晶行為,證明mwnts可以成為hdpe的成核劑,并能提高hdpe的成核速率,使晶粒尺寸分布變窄。

對多壁碳納米管/高密度聚乙烯(mwnts/hdpe)復合材料的導電性和動態(tài)流變行為進行了研究.發(fā)現(xiàn)復合材料的復數(shù)粘度η*隨mwnts含量φ的增大而增大.當φ>3wt%時,η*發(fā)生突變,在低ω區(qū)域表現(xiàn)為非牛頓流體行為,出現(xiàn)強烈的剪切變稀現(xiàn)象.將其稱為流變滲流現(xiàn)象,對應的填料含量即滲流閾值φc.在動態(tài)儲能模量(g′)、損耗模量(g″)與頻率(ω)關系曲線上,隨φ增加出現(xiàn)“第二平臺”,第二平臺的出現(xiàn)表明mwnts與mwnts之間、mwnts與聚合物之間存在相互纏結形成網(wǎng)絡的結構.同時發(fā)現(xiàn),在tanδ~ω曲線上的低ω區(qū)出現(xiàn)凹谷.認為這是由于mwnts長鏈結構在低ω時伸長/收縮,mwnts與mwnts相互接觸形成了次級網(wǎng)絡造成的.經(jīng)過不同時間熱處理后的ω掃描以及動態(tài)間掃描的結果證實了這種結構的存在.研究結果表明復合材料的流變滲流閾值與電滲流閾值相一致(均在3%~5%之間),動態(tài)流變行為與導電性存在一定的相關性.

基于cds良好的光學性質和單壁碳納米管(swcnt)優(yōu)異的電子學性質,制備了納米cds/swcnt復合材料和納米cds/聚乙烯亞胺(pei)功能化swcnt復合材料,并利用日光燈光源模擬太陽光研究了它們的光電性質.結果表明,納米cds/swcnt復合材料呈現(xiàn)顯著的負光電導現(xiàn)象,而納米cds/pei-swcnt復合材料呈現(xiàn)強烈的正光電導現(xiàn)象.用電子轉移理論對這一結果進行了解釋.兩樣品在大角度彎折的情況下,光電性質均基本沒有變化.因此,納米cds/碳納米管復合材料在光電領域,尤其是新興的柔性光電子學領域有著良好的應用前景.

通過水熱合成方法制備了釩酸鉍(bivo_4)和多壁碳納米管/釩酸鉍(mwcnts/bivo_4)復合材料,用xrd、sem-edx、drs等技術對所制備的材料進行了表征。研究了在可見光照射下材料降解亞甲基藍溶液(mb)的光催化性能。當摻雜mwcnts后,增強了樣品對可見光的吸收能力,減小了催化劑的帶隙寬度,有利于提高bivo4復合材料在可見光下的光催化活性。在可見光照射下降解亞甲基藍溶液的光催化實驗表明,質量含量為10%mwcnts/bivo_4樣品的光催化活性最高,可見光照射3h對亞甲基藍溶液的降解率達91.8%,與純bivo_4相比,其光降解率約提高了近1倍。

采用熔融混煉的方法制備聚丙烯/多壁碳納米管復合材料(pp/mwnts)。研究了復合材料的表面電阻率與mwnts含量的關系,結果發(fā)現(xiàn):隨著mwnts含量的不斷增加,復合材料的電阻率呈不斷下降趨勢,并發(fā)現(xiàn)mwnts含量為3%時為復合材料的導電閾值。又通過對試樣作透射電鏡觀察研究,從微觀角度分析了復合材料電性能變化的原因。

引言聚烯烴是國民生活和現(xiàn)代國防不可或缺的基礎原材料,但與abs、pc等工程塑料相比,其剛性不足,低溫脆性也較明顯,因此很難作為結構材料使用。納米技術的出現(xiàn)為聚烯烴材料性能的提高提供了廣闊的空間[1],其中,納米復合材料中存在納米尺寸效應、超大的比表面積以及很強的界面相互作用,具有比強度高、可設計性強、抗疲勞性好等優(yōu)點,因此,納米復合聚乙烯中含少量納米材料便能極大增強材料本身的性能,同時聚合物中納米材料的低含量也大大減少了無機載體在聚合物中的灰分,有利于聚合物材料高性能的保持,這引起了研究工作者的廣泛關注。

研究了采用碳纖維(cf)和碳納米管(cnts)增強聚苯硫醚(pps)的力學性能和導電性能。實驗分別采用cf和cnts為添加劑,通過球磨混合后在平板硫化機上進行模壓成型,制備出cf/pps、cnts/pps和cnts/cfpps/復合材料。采用萬能試驗機測試復合材料的拉伸性能;采用數(shù)字式四探針測試儀測試材料的電導率。實驗研究了cf和cnts含量對其復合材料的導電性能和力學性能的影響,并進一步研究同時添加cf和cnts對復合材料增強作用。通過分析復合材料的導電性能和力學性能,分別得出cf含量為20%、cnts含量為15%時復合材料的力學性能和導電性能較理想。采用cf和cnts同時增強pps時,當cf添加16%、cnts添加4%時,cnts/cf/pps復合材料性能較好。此外,對cf和cnts增強機制進行初步討論。

日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所等研究單位用單層碳納米管（筒狀碳原子）與銅復合，制得密度小于銅、金的復合物。制取工藝：基板上的單層碳納米管在含銅離子的有機溶液中慢慢通過，再在與銅親和力強的水溶液中電鍍，這種復合材料每cm2可通入6億安培電流，電流容量為金和銅的100倍。

日本大阪大學與北海道大學共同研制成功碳納米管（cnt）均勻分散的純海棉鈦復合材料，在該材料中添加了0．35％（質量）的cnt，從而制得了抗拉強度高達930mpa的復合材料。首先將cnt置入含有界面活性劑的水溶液中，采取超聲波振動攪拌并使cnt分散。海棉鈦粉經(jīng)過這種水溶液浸漬后取出，經(jīng)熱處理除去水分和界面活性劑后制成燒結體并擠壓成材。

采用超聲波輔助溶液共混的方式制備多壁碳納米管/聚甲基丙烯酸甲酯復合材料,采用掃描電鏡及廣角x衍射儀對復合材料的微觀相態(tài)結構進行了分析,對復合材料的物理機械性能及導電性能進行了測試。結果表明:采用溶液混合并用超聲輔助分散的方法可使納米多壁碳納米管在pmma基體中分散良好,在碳納米管含量較低的情況下就可以獲得導電性能及物理機械性能良好的復合材料。

廢聚苯乙烯-過氯乙烯涂料由廢聚苯乙烯泡沫塑料與過氯乙烯樹脂及助劑、混合溶劑共混所制成。實驗、測試證實,它是一種成本較低、主要性能指標可滿足要求的墻地面涂料,也是回收利用廢聚苯乙烯塑料的好途徑之一。

專利申請?zhí)?cn200710010912.7,公開號:cn101105071,申請日:2007.04.06,公開日:2008.01.16,申請人:劉成金。本發(fā)明公開了一種聚苯乙烯復合裝飾板,它由裝飾板和聚苯乙烯板復合構成,裝飾板外側有漆面,內(nèi)側與聚苯乙烯板粘接,裝飾板四邊有彎折的安裝邊框,邊框上有螺栓孔,各螺栓孔上配備有固定螺栓。該復合裝飾板既具備保溫隔熱

碳納米管從物理和化學方面都具有獨特性，它的應用范圍廣泛，從汽車防護零件到修飾電機，從氫氣的儲存到微波吸收等等，都得到了廣泛的應用。所以碳納米管的發(fā)現(xiàn)是材料學，工程制備的一個優(yōu)秀成果。本文從碳納米管的發(fā)現(xiàn)，到對它的簡介，特性的應用以及目前存在的一些亟需解決的問題進行了闡述。并提出了對它未來發(fā)展的建議和展望。

以氯金酸為前驅體,十二烷基硫醇和硼氫化鈉分別作為穩(wěn)定劑和還原劑,采用相轉移法制備了單分散的金納米粒子.將金納米粒子通過乳液聚合的方法制備了納米金/聚苯乙烯復合粒子.通過紫外-可見吸收光譜(uv-vis)研究了納米金和納米金/聚苯乙烯復合粒子的光吸收特性,使用傅立葉變換紅外光譜(ft-ir)、x射線衍射(xrd)、透射電子顯微鏡(tem)和動態(tài)光散射(dls)對產(chǎn)物的組成、晶體結構、形貌、以及粒徑進行了表征.結果表明,復合粒子為粒徑分布較窄的球形,其中的金納米粒子為面心立方結構.熱失重分析(tga)說明制備的納米金/聚苯乙烯復合粒子具有很好的熱穩(wěn)定性.

聚苯乙烯復合裝飾板

以酸化碳納米管(cnts)強化聚氨酯泡沫(puf),通過原位聚合法制備碳納米管/聚氨酯復合材料(cpuf)。借助紅外光譜(ft-ir)、掃描電鏡(sem)、熱失重分析(tga)和力學性能測試等方法研究和表征了cpuf復合材料的性能和結構。研究了用cpuf復合材料對人工模擬廢水中硝基苯(nb)的吸附性能、影響因素及其再生后吸附效果。結果表明,cpuf復合材料對硝基苯具有較強的吸附能力,在ph=5.4、投加量為2g/l、接觸時間24h的條件下,升高溫度會降低cpuf復合材料的飽和吸附量,但會提高初始吸附速率,等溫吸附過程符合langmuir方程,屬于單分子吸附。飽和后的復合材料可采用簡單熱再生,再生后對nb的吸附能力沒有明顯下降。

使用多次超聲離心分散法將單壁碳納米管(swnts)溶入聚(3-辛基)噻吩(p3oth)溶液中制得p3oth/swnts復合液(溶劑為四氫呋喃)。研究了該復合液在不同功率及調(diào)制頻率控制光(532nm)作用下的全光開關特性。實驗發(fā)現(xiàn),在7mw、258hz的控制光調(diào)制下,該復合液較p3oth單體溶液的全光開關調(diào)制深度提高了2倍;控制光功率為7mw時,復合液樣品在25hz的控制頻率下調(diào)制深度可達84%。在此基礎上增加控制頻率到432.5hz,該樣品的開關響應時間達到1ms,并且可維持40%以上的調(diào)制深度;在140hz時,將控制光功率降低,該復合液樣品的調(diào)制深度增大,當控制光功率降低到3.6mw時,達到最大值62%。結果表明樣品具有良好的全光開關特性,具有潛在的研究及應用價值。

聚苯乙烯是一種通用塑料。這種塑料成型簡易,透明性優(yōu)良,成本較低,用途廣泛,但其結晶性小,耐候性和耐熱性差,易受酮、酯和芳烴溶劑的侵蝕。它的耐沖擊性、韌性、耐劃傷性及耐磨性等機械性能也不足。聚苯乙烯可以用丁二烯等改性,使其具有沖擊強度,或用二乙烯基苯交聯(lián),以提高它對涂料的附著力。使用丙烯酸、醇酸、環(huán)氧、聚氨酯、有機硅和酚醛樹脂涂料等,能使聚苯乙烯表面改性,形成交聯(lián)的樹脂層,而提高聚苯乙烯制品的沖擊強度、耐磨性和耐傷性等機械性

為改善二氧化硅(sio2)納米粒子與聚合物基體間的親和性,使sio2表面功能化,將硅烷偶聯(lián)劑kh-570引入c=c基團,采用乳液聚合方法在納米sio2粒子表面接枝苯乙烯(st)單體,實現(xiàn)了納米二氧化硅表面的聚苯乙烯(ps)高分子包覆改性,制備了具有核/殼結構的sio2-ps復合納米粒子,產(chǎn)物的單體轉化率和接枝效率在80%以上.研究了二氧化硅含量和偶聯(lián)劑用量對聚合反應的單體轉化率和接枝效率的影響,探討了偶聯(lián)劑的作用機理,利用ft-ir、tem、tg對sio2-ps復合粒子的表面結構進行了表征.結果表明,復合粒子具有明顯的核殼結構,殼層厚度在20nm左右,乳液聚合過程可有效使二氧化硅的團聚體剝離呈納米級顆粒.