双向高弹性导电纳米复合材料的制备与性能研究

发布时间：2019-10-08 19:21

【摘要】：弹性导体在拉伸、弯曲等形变下依然具有导电性,因此吸引了学术界和工业界很大的兴趣。现在的弹性导电材料在使用过程中随着形变的增加,电阻会急剧上升,这极大地限制了弹性导体的应用。为了解决弹性导电材料在大形变下电阻增加的问题,本文提出了一种新的复合材料的制备工艺。本文以高弹橡胶为基底,使其在拉伸的状态下吸附导电纳米颗粒构成导电通路。该方法制备的复合材料不仅在大形变下导电通路能够最大程度的保存下来,同时在自由状态下由于导电粒子更加的密集,其导电性可能得到进一步提高。通过改变导电粒子的类型,研究导电纳米粒子的大小、形状对导电通路的构成以及导电性的影响,并对所制备的多种复合材料进行了相关性能的表征与研究。采用层层自组装(LBL)的方法用聚氨酯(PU)水溶液分别与金、银纳米粒子复合成弹性导电材料,并对复合材料进行了表征。结果表明,聚氨酯/金纳米粒子复合材料导电性较差,电性能提升缓慢;而聚氨酯/银纳米粒子复合材料在实验过程中显示出较好的导电性,随着层数的增加电阻逐渐变小。分析认为,银纳米粒子的粒径(30nm)要大于金纳米粒子粒径(13nm),较大的粒径在形成的导电通路接触电阻小,这使得银纳米复合材料会更快地提高导电性。这表明粒径对导电性的影响很大,因此又使用了一维的长径比极大的多壁碳纳米管(MWCNT)制备复合材料,PU/MWCNT复合材料很快出现导电性,而且相较于PU/Ag纳米复合材料,达到相同导电性所需的LBL层数降低很多。为了进一步提高材料的导电性能,配合使用纳米银溶液与MWCNT分散液。在此部分共使用了三种配合方法:交替吸附沉积两种溶液;机械混合两种溶液后吸附沉积;在MWCNT分散液中利用原位还原法制备纳米银,得到银修饰MWCNT溶液后吸附沉积。实验及表征结果表明,PU/Ag-g-MWCNT复合材料电性能最好,PU/Ag/MWCNT复合材料次之,PU/Ag-b-MWCNT复合材料最差,这是由于机械混合溶液中,银纳米粒子没有很好地分散在MWCNT周围,发生了团聚,而银修饰MWCNT溶液中银纳米粒子很好地分散在MWCNT周围,增大了导电通路的接触面积,减小了接触电阻,所以导电性更好。
【图文】：

图 2-1 LBL 法制备复合材料模拟a）为双向拉伸状态；b）为自由状态层层自组装法制备 PU/Au 纳米复合材料的步骤为：取一橡胶类弹性基膜清洗表面，在未拉伸状态下浸入到质量分数为 1‰的聚氨酯水溶液中 1后去离子水洗净、吹干，单向拉伸后再浸入到制备好的浓缩的金纳米溶，取出后去离子水洗净、吹干，重复操作，直到 PU 和 Au 纳米各吸附 。根据对复合材料的初步表征，改变实验原料参数，如 PU 浓度等来制好的样品。3 其他复合材料的制备上述复合材料的制备方法与 PU/Ag 纳米复合材料、PU/MWCNT 纳米复U/Ag/MWCNT 纳米复合材料以及 PU 与两种不同混合溶液的复合材料的相同，其中，PU/Ag/MWCNT 复合材料的制备步骤稍有不同，是三种溶弹性基底上沉积。不同纳米复合材料的表征方法

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 3 章 PU 与单组分导电纳米粒子的复合3.1 PU/Au NPs 复合材料的结构与性能3.1.1Au NPs 的形貌与性质透射电子显微镜是表征溶液分散性、粒子粒径以及晶格数据的重要手段，，本文用 TEM 对纳米溶液的性质进行表征，结果如图 3-1 所示。a） b）
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;TB33

【参考文献】

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本文编号：2546416