碳纳米管/氢化丁腈复合材料界面极化和电性能研究:分子极性的影响

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hnyinhao
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介电弹性体(DE)由于其优异的性能和广阔的应用前景成为了电致活性聚合物研究的热点。为了制备高介电常数的DE,高导电的碳系填料经常被应用在DE复合材料体系中。碳系填料提高介电常数的主要机制是界面极化,界面极化受温度,界面相容性,填料尺寸等诸多因素影响。为了提升DE复合材料的性能,人们针对填料-基体的界面做了一系列研究和优化,常见方法为填料的有机化(包覆、接枝、改性)。目前对于界面的优化和研究集中在填料领域,缺乏基体性质对于界面状况的研究。因此本课题制备一系列具有不同分子极性的碳纳米管/氢化丁腈(CNTB/HNBR)橡胶DE复合材料,研究了基体的分子极性在微观上对于复合材料界面极化的影响,进而探究其在宏观上对复合材料电性能的差异,为高ε、低ε"的高性能DE复合材料的制备和性能优化提供理论指导。  本研究创新性结果如下:  1.制备三种基体极性不同的CNTB/HNBR复合材料,通过扫描电子显微镜,透射电镜,应变扫描图谱证明CNTB在所有HNBR中均以单根碳管(CNT)形式存在,分散程度达到纳米级。CNTB在不同丙烯腈含量(ACN%) HNBR中其各自的分散状况和填料网络相近,排除了填料分散对复合材料电性能的影响。  2.通过高阻计,宽频介电阻抗分析仪表征了复合材料的直流/交流电导率、介电常数、介电损耗和阻抗。分析了基体极性对于宏观各项电性能的影响,证明基体极性越高,复合材料能具有更高的电导率及逾渗值,介电常数和损耗,以及更低的阻抗。  3.利用电化学阻抗谱半定量地分析不同复合材料的界面极化状况,说明在CNTB/HNBR复合材料中界面极化差异是各项电性能,尤其是介电常数和介电损耗差异的主要原因。说明了在相同的制备条件和填料下,复合材料基体的分子极性越高,其界面极化强度将会越强,在宏观上反映为更高的介电常数和介电损耗,更高的电导率以及更低的导电阈渗值和阻抗。
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