本文關鍵詞：碳納米管增強銅基復合材料制備工藝與電學性能研究

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【摘要】：碳納米管(CNTs)具有極高的力學性能、優(yōu)異的導電和導熱性能,被視為理想的復合材料增強相。CNTs增強復合材料已成為一個極為重要的研究領域。然而,由于CNTs與金屬基體間相容性、增強體空間分布難以控制、CNTs本身載流量高而電導率相對較低等,CNTs增強金屬基復合材料尚未展現(xiàn)出對金屬基體電學性能的顯著提升,或者無法有效兼顧電學性能和力學性能,整體研究仍處于起步階段。鑒于此,從預處理、制備方法和電學機制分析等方面概述了CNTs增強金屬基復合材料電學性能的研究現(xiàn)狀,并展望了該領域的未來發(fā)展趨勢。通過電鍍和粉末冶金兩種不同的制備工藝分別制備試樣,然后研究不同工藝條件對CNTs-Cu復合材料電學性能的影響。根據(jù)國內(nèi)外研究進展,電鍍工藝是目前唯一能制備出高載流量、高電導率CNTs-Cu復合材料的方法；而粉末冶金法則是研究CNTs-Cu復合材料最廣泛的方法。所以,這兩種方法具有廣泛代表性。采用電鍍法制備三明治結構CNTs-Cu復合材料,對試樣使用四探針法檢測電導率,采用SEM.EDX和XRD分析試樣表面形貌、元素和物相組成。在制備試樣過程中,鍍層顆粒粒徑隨電鍍電流密度增大而增大,且顆粒形貌逐漸由球形轉變?yōu)椴灰?guī)則多邊形。在電鍍電流密度由1.0mA cm-2增加至5.0mA cm-2過程中,復合材料電導率45.2×103 S cm-1降低至2.04×103 S cm-1。對電導率下降的原因進行分析發(fā)現(xiàn)：隨電鍍電流密度增加,顆粒粒徑增加且形貌也由球形轉變?yōu)椴灰?guī)則多邊形。與不規(guī)則多邊形相比,由大小不一的球形顆粒堆積形成的鍍層孔隙更少,能降低電子在孔隙處散射的概率,從而電導率越高。對粉末冶金法制備的試樣使用渦流導電儀測試電導率,采用阿基米德排水測試密度。實驗過程中使用普通多壁碳納米管(MWCNTs)和鍍Ni-MWCNTs。研究發(fā)現(xiàn)復合材料密度和電導率隨CNTs加入量增加而降低。因為CNTs與Cu浸潤性差,將CNTs引入基體后CNTs不與基體發(fā)生反應,所以增強相與基體界面結合性能不好。增強相的加入將產(chǎn)生孔隙,增強相加入越多,基體內(nèi)產(chǎn)生的孔隙越多,所以密度和電導率越低。另一方面,由于CNTs電導率低于Cu,所以CNTs加入Cu必然會導致復合材料電導率降低。與普通MWCNTs相比,使用鍍Ni-MWCNTs制備的試樣電導率和密度都高于普通MWCNTs,因為Ni與Cu無限互溶,鍍Ni-MWCNTs與Cu的界面結合性能要優(yōu)于普通MWCNTs:另一方面,Ni與Cu密度相當,球磨過程中鍍Ni-MWCNTs更容易混合均勻。由上述兩點可知,鍍Ni-MWCNTs制備的復合材料性能更加優(yōu)異。
【關鍵詞】：復合材料 電學性能 電鍍 粉末冶金 電導率 載流量
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB333
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 文獻綜述12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 預處理13-19
• 1.2.1 改性13-16
• 1.2.2 制成CNTs纖維和巴基紙16-18
• 1.2.3 分離金屬性和半導體性CNTs18-19
• 1.3 制備工藝19-24
• 1.3.1 粉末冶金法19-21
• 1.3.2 電鍍和電泳沉積21-23
• 1.3.3 其他方法23-24
• 1.4 影響電學性能的因素24-31
• 1.4.1 CNTs互成網(wǎng)絡24-25
• 1.4.2 接觸電阻與界面現(xiàn)象25-26
• 1.4.3 孔隙和缺陷對電導率的影響26-28
• 1.4.4 CNTs排布方向28
• 1.4.5 其他28-31
• 1.5 本課題的意義與目的31-32
• 第二章 實驗方法與分析測試技術32-46
• 2.1 電鍍法制備碳納米管銅基復合材料方法32-35
• 2.1.1 實驗所用主要試劑32
• 2.1.2 原料與設備32-33
• 2.1.3 制備工藝33-35
• 2.2 粉末冶金法制備碳納米管銅基復合材料方法35-39
• 2.2.1 粉末冶金簡介35-37
• 2.2.2 主要原料和設備37-38
• 2.2.3 制備工藝38-39
• 2.3 分析測試技術39-46
• 2.3.1 掃描電鏡(SEM)39
• 2.3.2 X射線衍射(XRD)39-40
• 2.3.3 能譜分析(EDS)40-41
• 2.3.4 四探針電阻儀41-44
• 2.3.5 渦流導電儀44-45
• 2.3.6 行星式球磨機45-46
• 第三章 電鍍法制備碳納米管銅基復合材料的電學性能46-69
• 3.1 碳納米管薄膜電鍍銅的原理46
• 3.2 電導率結果討論與分析46-60
• 3.3 分析影響三明治結構CNTs-Cu復合材料電導率的因素60-63
• 3.4 載流量分析63-67
• 3.5 本章小結67-69
• 第四章 粉末冶金法制備碳納米管銅基復合材料69-75
• 4.1 引言69
• 4.2 CNTs-Cu復合材料的密度69-71
• 4.3 CNTs-Cu復合材料的電導率71-74
• 4.4 本章小結74-75
• 第五章 結論75-77
• 5.1 結論75-76
• 5.2 展望76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-83
• 附錄A：主要研究成果83

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本文編號：886441