本文關鍵詞：以碳納米管為介質的聚合物導電泡沫的制備研究

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【摘要】：近年來,工業(yè)技術水平的迅猛發(fā)展對材料性能提出了更高的要求,具有優(yōu)異性能的導電高分子復合材料因此受到了廣泛的關注。然而,通常的高分子復合材料體系中,絕緣性聚合物基體的存在增加了導電填料之間的非接觸電阻,阻礙了導電通路的形成不利于材料導電性能的提高。同時由于基體中導電填料處于無規(guī)排列狀態(tài),為了達到所需導電性能,通常需要較高的添加量,不僅提高了成本,而且增加了復合材料成型工藝的復雜程度。因此,如何在低填料負載量的情況下制備出優(yōu)異性能的導電復合材料成為一個迫切需要解決的問題。本論文針對這些問題,研究了具表面活性劑性能的聚電解質聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)包覆的碳納米管(MWCNTs)做填料,采用濃乳液模板法制備PEDOT:PSS/MWCNTs/聚苯乙烯(PS)導電泡沫復合材料。利用PEDOT:PSS的表面活性劑作用和導電作用,增強碳納米管在基體中的分散能力,降低碳納米管之間的非接觸電阻；利用泡孔結構對填料負載位置的選擇性作用,降低材料逾滲值。首先,通過將混酸處理的碳納米管分別經油相和水相相引入聚苯乙烯基體中,研究了碳納米管的引入相對聚苯乙烯泡沫材料泡孔結構和導電性能的影響。實驗結果表明,碳納米管從水相引入時可以很好的發(fā)揮pickering穩(wěn)定劑的作用,制得材料的泡孔孔徑小且均勻,在同樣負載量情況下,與碳納米管從油相引入材料相比,導電性提高近兩個數量級。固定碳納米管的含量,進一步探究了PEDOT:PSS對MWCNTs分散能力和MWCNTs/PS泡沫復合材料的影響。結果表明,PEDOT: PSS可在碳納米管表面形成包覆層,具有很好的碳納米管分散能力。同時,材料的泡孔結構隨PEDOT:PSS含量的的變化影響不大,但導電性卻與其含量密切相關,最終在MWCNTs/PEDOT:PSS的質量比為1：4時導電性達到最優(yōu)效果,說明,在此質量比例下,兩種不同形狀填料間協同構建導電網絡的效應發(fā)揮到最佳水平。研究了不同填料負載量下聚苯乙烯泡沫材料的泡孔結構、導電性能和機械性能。通過不同形狀的導電填料和泡孔之間的協同作用構建導電網絡,最終實現了低逾滲值(0.3wt%),高導電性材料的制備。并進一步研究了泡孔結構對聚苯乙烯多孔材料導電性能的影響,結果表明,在導電填料負載一定的情況下,孔徑較小且分布均勻、孔壁較薄、孔隙率較大的泡孔形貌更利于導電網絡的構建。
【關鍵詞】：碳納米管 納米復合材料 孔形貌 導電性 協同效應
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB332
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 符號說明13-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 導電高分子材料14
• 1.2 導電高分子復合材料14-17
• 1.2.1 導電高分子復合材料的種類14-16
• 1.2.2 導電高分子復合材料的應用16-17
• 1.3 泡沫復合材料17-20
• 1.3.1 泡沫復合材料性能影響因素17-19
• 1.3.2 泡沫復合材料制備方法19-20
• 1.4 濃乳液模板法20-22
• 1.4.1 濃乳液概述20-21
• 1.4.2 濃乳液模板法制泡沫材料的制備方法21
• 1.4.3 濃乳液模板法制備泡沫多孔材料的影響因素21-22
• 1.5 碳系導電填料22-25
• 1.5.1 種類與性能23-24
• 1.5.2 改性方法24-25
• 1.6 本文研究內容及意義25-28
• 第二章 實驗部分28-32
• 2.1 實驗原料28
• 2.2 實驗儀器28-29
• 2.3 實驗過程29
• 2.3.1 碳納米管的酸化29
• 2.3.2 濃乳液模板法制備聚苯乙烯基泡沫復合材料29
• 2.3.3 物理發(fā)泡劑發(fā)泡法制備聚苯乙烯基泡沫復合材料29
• 2.4 測試與表征29-32
• 2.4.1 結構表征29-30
• 2.4.2 形貌表征30
• 2.4.3 導電性能表征30
• 2.4.4 機械性能表征30-32
• 第三章 結果與討論32-56
• 3.1 純聚苯乙烯基體泡孔結構的研究32-36
• 3.1.1 分散相體積分數的影響32-33
• 3.1.2 引發(fā)劑含量的影響33-34
• 3.1.3 乳化劑含量的影響34-35
• 3.1.4 交聯劑含量的影響35-36
• 3.2 碳納米管的改性研究36-37
• 3.3 納米填料從連續(xù)相引入對材料泡孔和導電性能的影響37-42
• 3.3.1 PEDOT：PSS的引入對材料的影響37-39
• 3.3.2 PEDOT：PSS/MWCNTs的引入對材料的影響39-42
• 3.4. 填料的引入相對材料的影響42-44
• 3.5 納米填料從分散相引入對材料泡孔和導電性能的影響44-50
• 3.5.1 PEDOT：PSS的引入對材料的影響44-48
• 3.5.2 PEDOT：PSS/MWCNTs的引入對材料的影響48-50
• 3.6 泡孔結構對材料導電性能的影響50-54
• 3.7 復合材料的機械性能54-56
• 第四章 結論56-58
• 參考文獻58-64
• 致謝64-66
• 研究成果及已發(fā)衰的學術論文66-68
• 作者和導師簡介68-69
• 附件69-70

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本文編號：720757