聚硅氧烷修饰多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料的制备和介电性能
发布时间：2021-01-05 03:09
介电弹性体（DEs）是一种经表面涂覆柔性电极后可在电场中发生平面方向变大、厚度方向减小的应变,去掉电场后又能恢复其原来形状的一类新型智能弹性体材料。硅橡胶（SR）由于具有模量低、应变响应速度快及温度适应范围广等优点而成为DEs材料中最有应用前景的一类聚合物基体材料。但是硅橡胶自身的介电常数（ε）低,限制了其在介电弹性体（DE）领域的应用。本论文旨在不影响SR其它优异性能的前提下提高其ε。基于该要求,本论文采用导电填料多壁碳纳米管（MWCNTs）对SR进行填充改性,同时,为保证MWCNTs能在SR中均匀分散,在填充前先对MWCNTs进行硅烷化修饰。本论文首先研究了硅烷改性条件及硅烷偶联剂的官能度对MWCNTs结构的影响。采用甲基三乙氧基硅烷（MTES）、二甲基二乙氧基硅烷（DMDES）及三甲基乙氧基硅烷（TMES）,分别在有水和无水的条件下对MWCNTs进行表面修饰,通过傅立叶变换红外（FTIR）光谱、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）共同表征了MWCNTs改性前后的化学结构。结果表明,MTES在有水条件下对MWCNTs进行的改性（MWCNTs...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介电弹性体的驱动机理示意图
寄擅坠艿慕峁?1991年日本科学家Iijma[50]在用电弧放电法蒸发石墨时意外发现了碳纳米管（CarbonNanotubes,CNTs），因为其特殊的电学、力学和化学等性能迅速吸引了研究人员的注意。在CNTs中，每个C原子以sp2杂化的形式连接另外3个C原子，最终以六元环的方式形成网格结构，但是在管端和缺陷处会以sp3杂化的形式形成五元环或者七元环[5153]。CNTs可以看作是由层状结构的石墨烯同轴旋转而成，根据石墨烯的层数可以将CNTs分为单壁碳纳米管（SWCNTs）、双壁碳纳米管（DWCNTs）及多壁碳纳米管（MWCNTs）[54,55]，CNTs的结构如图1.5所示。（a）（b）图1.5碳纳米管的结构示意图，（a）为单壁碳纳米管，（b）为多壁碳纳米管Figure1.5Schematicstructureofcarbonnanotubes,(a)issingle-walledcarbonnanotube(SWCNTs);(b)ismulti-walledcarbonnanotubes(MWCNTs)
湖北工业大学工程硕士学位论文13的温度（5001200oC）下使碳源（如乙炔，乙烯，丙烯，甲烷，苯和甲苯等）裂解，最终得到CNTs[71]。相对而言，CVD法由于设备简单、反应过程可控、CNTs产率高以及可以通过控制催化剂来得到定向排列的CNTs等优点，因而广泛用于制备CNTs[72]。图1.6碳纳米管制备技术以及产量分布。（a）为电弧放电法；（b）为激光烧蚀法；（c）为化学气相沉积（CVD）法；（d）为不同方法获得的碳纳米管的产量分布（从国内外8家公司以及实验室制备情况进行数据收集分析得到）[55]Figure1.6TechniquesandproductiondistributionofCNTs:(a)isarc-discharge;(b)islaserablation;(c)ischemicalvapordeposition;(d)isspecificproductiondistributionsfordifferenttechniques[55]1.4.4碳纳米管的修饰尽管CNTs自身拥有许多优异的性能，但是在与聚合物直接复合时难以达到理想的效果，其主要原因有两点[7375]：一是未修饰的CNTs自身表面能高，CNTs之间由于范德华力的作用易发生团聚，而一般的聚合物加工方法很难破坏这种团聚，这样就会导致CNTs在聚合物中分散不均匀，得到的复合物在不同位置性能也会有差异；二是未修饰的CNTs的管壁很光滑，几乎没有悬挂键，而其表面CC共价键和环结构的化学反应性极低，同时与聚合物的界面差异很大，因此聚合物受到的载荷无法有效传递到CNTs上。基于以上两点原因，未修饰的CNTs直接填充在聚合物中时往往无法达到预期的增强效果。为了解决CNTs的团聚和与聚合物相互作用的问题，需要对CNTs进行修饰，一方面降低其表面能，减弱或阻止其团聚；另一方面改善其与聚合物基体的界面差异，增加其与基体之间的相互作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]介电弹性体最近的一些研究进展[J]. 杨丹,田明,李栋栋,戈风行,张立群. 功能材料信息. 2012(06)
[2]硅橡胶的研究进展[J]. 王香爱,张洪利. 中国胶粘剂. 2012(09)
[3]提高室温硫化硅橡胶耐油性初探[J]. 黄强. 才智. 2009(19)
[4]硅橡胶的研究与应用进展[J]. 许莉,腾雅娣,华远达,张丽丽. 特种橡胶制品. 2007(01)
[5]碳纳米管改性硅橡胶的电学特性[J]. 李文华,陈小华,张刚,陈传盛,许龙山,杨植. 华东理工大学学报(自然科学版). 2006(06)
[6]聚合物对多壁碳纳米管的包覆改性研究[J]. 李洪胜,冯青平,高彦芳,谢续明. 高分子学报. 2006(04)
[7]碳纳米管作为超大容量离子电容器电极的研究[J]. 梁逵,陈艾,周旺,王巍. 电子学报. 2002(05)
[8]具有优异储氢性能的高质量单壁纳米碳管的合成[J]. 成会明,刘畅,丛洪涛. 物理. 2000(08)
[9]微型飞行器中的关键力学和智能材料问题[J]. 赵亚溥. 中国科学基金. 2000(01)
硕士论文
[1]异维纳米填料/硅橡胶复合材料的结构与性能[D]. 李洪彦.天津大学 2010
本文编号：2957904
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介电弹性体的驱动机理示意图
寄擅坠艿慕峁?1991年日本科学家Iijma[50]在用电弧放电法蒸发石墨时意外发现了碳纳米管（CarbonNanotubes,CNTs），因为其特殊的电学、力学和化学等性能迅速吸引了研究人员的注意。在CNTs中，每个C原子以sp2杂化的形式连接另外3个C原子，最终以六元环的方式形成网格结构，但是在管端和缺陷处会以sp3杂化的形式形成五元环或者七元环[5153]。CNTs可以看作是由层状结构的石墨烯同轴旋转而成，根据石墨烯的层数可以将CNTs分为单壁碳纳米管（SWCNTs）、双壁碳纳米管（DWCNTs）及多壁碳纳米管（MWCNTs）[54,55]，CNTs的结构如图1.5所示。（a）（b）图1.5碳纳米管的结构示意图，（a）为单壁碳纳米管，（b）为多壁碳纳米管Figure1.5Schematicstructureofcarbonnanotubes,(a)issingle-walledcarbonnanotube(SWCNTs);(b)ismulti-walledcarbonnanotubes(MWCNTs)
湖北工业大学工程硕士学位论文13的温度（5001200oC）下使碳源（如乙炔，乙烯，丙烯，甲烷，苯和甲苯等）裂解，最终得到CNTs[71]。相对而言，CVD法由于设备简单、反应过程可控、CNTs产率高以及可以通过控制催化剂来得到定向排列的CNTs等优点，因而广泛用于制备CNTs[72]。图1.6碳纳米管制备技术以及产量分布。（a）为电弧放电法；（b）为激光烧蚀法；（c）为化学气相沉积（CVD）法；（d）为不同方法获得的碳纳米管的产量分布（从国内外8家公司以及实验室制备情况进行数据收集分析得到）[55]Figure1.6TechniquesandproductiondistributionofCNTs:(a)isarc-discharge;(b)islaserablation;(c)ischemicalvapordeposition;(d)isspecificproductiondistributionsfordifferenttechniques[55]1.4.4碳纳米管的修饰尽管CNTs自身拥有许多优异的性能，但是在与聚合物直接复合时难以达到理想的效果，其主要原因有两点[7375]：一是未修饰的CNTs自身表面能高，CNTs之间由于范德华力的作用易发生团聚，而一般的聚合物加工方法很难破坏这种团聚，这样就会导致CNTs在聚合物中分散不均匀，得到的复合物在不同位置性能也会有差异；二是未修饰的CNTs的管壁很光滑，几乎没有悬挂键，而其表面CC共价键和环结构的化学反应性极低，同时与聚合物的界面差异很大，因此聚合物受到的载荷无法有效传递到CNTs上。基于以上两点原因，未修饰的CNTs直接填充在聚合物中时往往无法达到预期的增强效果。为了解决CNTs的团聚和与聚合物相互作用的问题，需要对CNTs进行修饰，一方面降低其表面能，减弱或阻止其团聚；另一方面改善其与聚合物基体的界面差异，增加其与基体之间的相互作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]介电弹性体最近的一些研究进展[J]. 杨丹,田明,李栋栋,戈风行,张立群. 功能材料信息. 2012(06)
[2]硅橡胶的研究进展[J]. 王香爱,张洪利. 中国胶粘剂. 2012(09)
[3]提高室温硫化硅橡胶耐油性初探[J]. 黄强. 才智. 2009(19)
[4]硅橡胶的研究与应用进展[J]. 许莉,腾雅娣,华远达,张丽丽. 特种橡胶制品. 2007(01)
[5]碳纳米管改性硅橡胶的电学特性[J]. 李文华,陈小华,张刚,陈传盛,许龙山,杨植. 华东理工大学学报(自然科学版). 2006(06)
[6]聚合物对多壁碳纳米管的包覆改性研究[J]. 李洪胜,冯青平,高彦芳,谢续明. 高分子学报. 2006(04)
[7]碳纳米管作为超大容量离子电容器电极的研究[J]. 梁逵,陈艾,周旺,王巍. 电子学报. 2002(05)
[8]具有优异储氢性能的高质量单壁纳米碳管的合成[J]. 成会明,刘畅,丛洪涛. 物理. 2000(08)
[9]微型飞行器中的关键力学和智能材料问题[J]. 赵亚溥. 中国科学基金. 2000(01)
硕士论文
[1]异维纳米填料/硅橡胶复合材料的结构与性能[D]. 李洪彦.天津大学 2010
本文编号：2957904
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