石墨烯/硅橡胶复合材料的制备及压阻特性研究
发布时间：2021-08-08 12:10
随着科学技术的发展及电子、人工智能领域的需要,对传感器元件的应用条件有了更高要求。这不仅需要传感器元件对外界环境变化有良好的响应性能,还需要具备良好的柔韧性能和加工特性。传统的电子元件比如无机半导体（Si）和金属材料（Cu）均不能满足要求。因此,导电硅橡胶复合材料作为敏感材料成为了研究的热点。本文通过溶液共混法和机械共混法制备了以炭黑和石墨烯为导电填料,不同填料含量的导电硅橡胶复合材料。研究了填料的表面结构、分散性能以及复合材料的导电性能和压阻特性。并通过对炭黑和石墨烯协同作用,进一步的提升复合材料的电学性能。论文的主要研究内容和结果如下:（1）分别用溶液共混和机械共混法制备了导电硅橡胶复合材料,探究两种工艺对复合材料导电性能的影响。研究发现,导电填料含量较少时,溶液共混法制备的导电硅橡胶复合材料的导电性能较好。（2）分别用硅烷偶联剂（KH550）和多巴胺对石墨烯表面进行改性。表征分析两种改性方法。并在此基础上制备了石墨烯/硅橡胶复合材料。当石墨烯的填充量达到渗流阈值4wt%时,复合材料的体积电阻率发生突变。同时,4wt%石墨烯填充的复合材料表现出较好的压阻特性及压阻重复性。（3）用硅...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合材料导电填料的含量和体积电阻率的关系图
当复合材料内部电子的能量大于该势垒能量时，电子就会穿过势迁。这种电子发生跃迁的现象称为隧道效应。该理论认为电子跃过势垒跃迁的能力与该隔离层的厚度和势垒的能力有关系。电子能量与与阻碍能量越接近，电子就有较大的机会发生跃迁。当某些隔离层的厚度达到值时，导电微观粒子电子就会跃过阻碍层发生跃迁。从而使复合材料在填料填充时产生导电现象。该理论认为低填充量复合材料导电现象本质迁移的结果。图 1.2 为炭黑/硅橡胶复合材料内部的微观结构示意图，从观察到，炭黑粒子在硅橡胶基体中并不是均匀分散的，而是以炭黑粒子炭黑粒子链式结构以一定的间距分散在硅橡胶基体中。其中相距聚集体粒子会跃过隔离层产生电子跃迁现象。假设炭黑粒子的平均间距为 。宏观电流密度 J 之间的关系是：( )( ) 200J( )Jexp x /2 / 10
1.4.1 石墨烯简介自从 2004 年，曼彻斯特大学和俄国切尔诺戈洛夫卡微电子工艺研究所(Institute for Microelectronics Technology)的两组物理团队共同合作从石墨中分离出单独的石墨烯平面，石墨烯开始在电子、新能源、生物医药、传感器等领域崭露头角。石墨烯作为二维 sp2杂化炭和蜂窝状原子晶体，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环[35]，是目前最理想的二维纳米材料。并且石墨烯是构成其他维度碳材料的基本结构单元。它可以被包裹成零维的富勒烯，卷成一维度的碳纳米管或叠加成三维的的石墨。如图 1.3 所示。它也使得碳材料家族更为充实，形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]烯丙基离子液体修饰炭黑/硅橡胶复合材料的压阻特性[J]. 徐佩,王小溪,胡亚东,罗霄,丁运生. 高分子材料科学与工程. 2017(06)
[2]石墨烯及其纳米复合材料的制备与应用研究[J]. 林森,孙仕勇,申珂璇. 人工晶体学报. 2017(06)
[3]原位聚合法与溶液混合法制备石墨烯/聚酰亚胺复合材料及其性能[J]. 马朗,王国建,戴进峰. 新型炭材料. 2016(02)
[4]复合填料导电聚合物研究新进展[J]. 卢龙飞,王劲,马缓,曹先觉,齐暑华. 粘接. 2016(03)
[5]KH-570功能化石墨烯的制备与表征[J]. 时镜镜,马文石,林晓丹. 无机化学学报. 2012(01)
[6]纳米功能化石墨烯/室温硫化硅橡胶复合材料的制备与表征[J]. 马文石,邓帮君. 复合材料学报. 2011(04)
[7]加成型硅橡胶用补强填料的研究进展[J]. 李如钢,张敏,李金辉. 有机硅材料. 2011(03)
[8]功能化石墨烯的应用研究新进展[J]. 吕鹏,冯奕钰,张学全,李瑀,封伟. 中国科学:技术科学. 2010(11)
[9]熔融共混法制备MWCNTs/PET复合材料及性能研究[J]. 刘培培,朱志国,董振峰,王锐,陈放. 材料工程. 2009(S2)
[10]炭黑的应用研究进展[J]. 朱永康. 橡塑技术与装备. 2009(04)
博士论文
[1]氟橡胶/硅橡胶共混胶的制备、结构与性能研究[D]. 郭建华.华南理工大学 2009
[2]聚氨酯/碳纳米管纳米复合材料的制备及结构与性能研究[D]. 江枫丹.北京化工大学 2009
[3]基于压力敏感导电橡胶的柔性多维阵列触觉传感器研究[D]. 黄英.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]双组分加成型室温硫化固体硅橡胶的制备及力学性能研究[D]. 刘晓云.南昌大学 2015
[2]氧化石墨烯及其改性材料对内分泌干扰物去除的研究[D]. 尹小龙.陕西科技大学 2015
[3]两种粒子复配对导电硅橡胶各性能影响的研究[D]. 童晓莹.南京理工大学 2014
[4]导电橡胶柔性传感器压力/温度特性研究[D]. 王钰.昆明理工大学 2013
[5]导电石墨烯/聚合物复合材料的制备及压阻性能研究[D]. 侯毅.北京化工大学 2012
[6]铁粉填充的导电硅橡胶复合材料的制备与压阻性能研究[D]. 刘曌娲.内蒙古科技大学 2010
[7]导电炭黑填充硅橡胶复合材料的制备与性能研究[D]. 张园园.山东大学 2010
[8]硅橡胶/纳米石墨薄片复合材料在压力场作用下电导非线性研究[D]. 陈铃.华侨大学 2007
[9]超导电炭黑填充硅橡胶的制备与性能[D]. 刁广照.山东大学 2007
[10]导电橡胶的电阻—压力性能研究[D]. 张丰.北京工业大学 2004
本文编号：3329931
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合材料导电填料的含量和体积电阻率的关系图
当复合材料内部电子的能量大于该势垒能量时，电子就会穿过势迁。这种电子发生跃迁的现象称为隧道效应。该理论认为电子跃过势垒跃迁的能力与该隔离层的厚度和势垒的能力有关系。电子能量与与阻碍能量越接近，电子就有较大的机会发生跃迁。当某些隔离层的厚度达到值时，导电微观粒子电子就会跃过阻碍层发生跃迁。从而使复合材料在填料填充时产生导电现象。该理论认为低填充量复合材料导电现象本质迁移的结果。图 1.2 为炭黑/硅橡胶复合材料内部的微观结构示意图，从观察到，炭黑粒子在硅橡胶基体中并不是均匀分散的，而是以炭黑粒子炭黑粒子链式结构以一定的间距分散在硅橡胶基体中。其中相距聚集体粒子会跃过隔离层产生电子跃迁现象。假设炭黑粒子的平均间距为 。宏观电流密度 J 之间的关系是：( )( ) 200J( )Jexp x /2 / 10
1.4.1 石墨烯简介自从 2004 年，曼彻斯特大学和俄国切尔诺戈洛夫卡微电子工艺研究所(Institute for Microelectronics Technology)的两组物理团队共同合作从石墨中分离出单独的石墨烯平面，石墨烯开始在电子、新能源、生物医药、传感器等领域崭露头角。石墨烯作为二维 sp2杂化炭和蜂窝状原子晶体，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环[35]，是目前最理想的二维纳米材料。并且石墨烯是构成其他维度碳材料的基本结构单元。它可以被包裹成零维的富勒烯，卷成一维度的碳纳米管或叠加成三维的的石墨。如图 1.3 所示。它也使得碳材料家族更为充实，形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]烯丙基离子液体修饰炭黑/硅橡胶复合材料的压阻特性[J]. 徐佩,王小溪,胡亚东,罗霄,丁运生. 高分子材料科学与工程. 2017(06)
[2]石墨烯及其纳米复合材料的制备与应用研究[J]. 林森,孙仕勇,申珂璇. 人工晶体学报. 2017(06)
[3]原位聚合法与溶液混合法制备石墨烯/聚酰亚胺复合材料及其性能[J]. 马朗,王国建,戴进峰. 新型炭材料. 2016(02)
[4]复合填料导电聚合物研究新进展[J]. 卢龙飞,王劲,马缓,曹先觉,齐暑华. 粘接. 2016(03)
[5]KH-570功能化石墨烯的制备与表征[J]. 时镜镜,马文石,林晓丹. 无机化学学报. 2012(01)
[6]纳米功能化石墨烯/室温硫化硅橡胶复合材料的制备与表征[J]. 马文石,邓帮君. 复合材料学报. 2011(04)
[7]加成型硅橡胶用补强填料的研究进展[J]. 李如钢,张敏,李金辉. 有机硅材料. 2011(03)
[8]功能化石墨烯的应用研究新进展[J]. 吕鹏,冯奕钰,张学全,李瑀,封伟. 中国科学:技术科学. 2010(11)
[9]熔融共混法制备MWCNTs/PET复合材料及性能研究[J]. 刘培培,朱志国,董振峰,王锐,陈放. 材料工程. 2009(S2)
[10]炭黑的应用研究进展[J]. 朱永康. 橡塑技术与装备. 2009(04)
博士论文
[1]氟橡胶/硅橡胶共混胶的制备、结构与性能研究[D]. 郭建华.华南理工大学 2009
[2]聚氨酯/碳纳米管纳米复合材料的制备及结构与性能研究[D]. 江枫丹.北京化工大学 2009
[3]基于压力敏感导电橡胶的柔性多维阵列触觉传感器研究[D]. 黄英.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]双组分加成型室温硫化固体硅橡胶的制备及力学性能研究[D]. 刘晓云.南昌大学 2015
[2]氧化石墨烯及其改性材料对内分泌干扰物去除的研究[D]. 尹小龙.陕西科技大学 2015
[3]两种粒子复配对导电硅橡胶各性能影响的研究[D]. 童晓莹.南京理工大学 2014
[4]导电橡胶柔性传感器压力/温度特性研究[D]. 王钰.昆明理工大学 2013
[5]导电石墨烯/聚合物复合材料的制备及压阻性能研究[D]. 侯毅.北京化工大学 2012
[6]铁粉填充的导电硅橡胶复合材料的制备与压阻性能研究[D]. 刘曌娲.内蒙古科技大学 2010
[7]导电炭黑填充硅橡胶复合材料的制备与性能研究[D]. 张园园.山东大学 2010
[8]硅橡胶/纳米石墨薄片复合材料在压力场作用下电导非线性研究[D]. 陈铃.华侨大学 2007
[9]超导电炭黑填充硅橡胶的制备与性能[D]. 刁广照.山东大学 2007
[10]导电橡胶的电阻—压力性能研究[D]. 张丰.北京工业大学 2004
本文编号：3329931
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