聚酰亚胺复合材料的导电机理与电磁性能研究
发布时间：2021-12-17 11:23
聚合物基导电复合材料(Conductive Polymer Composites,CPCs)是将导电填料添加进入聚合物中制备的一类功能材料。CPCs不仅具备高分子材料良好的加工性和导电填料的高电导率,还可根据使用目标调节其性能。导电机理是CPCs的制备和应用的理论依据。但是目前对CPCs的导电机理的解释有多种,尚未达成共识,而文献中研究CPCs电性能与温度的变化时多选用热塑性基体体系如聚乙烯等,由于热塑性基体的聚集态结构和分子链受环境(如温度)的影响较大,在升温过程中会产生热膨胀,在考察电子跃迁的同时还需考虑基体分子链运动带来的影响,体系变量复杂,不利于阐明导电机理。本文以热固性树脂聚酰亚胺(PI)为基体,气相生长的碳纤维(VGCF)为导电填料,采用原位聚合的方法制备了 PI/VGCF复合材料,采用非对称抛物线形势垒的热涨落隧道效应对PI/VGCF复合材料在直流电压和交流电压下的电学性能进行了深入的探讨,也是首次将热涨落隧道效应应用于交流电压的电性能的理论计算。同时考察了外加电场下复合材料的动态力学性能和聚集态的变化。最后瞄准CPCs的一个应用吸波材料,采用化学共沉淀法在CNTs表面原...
【文章来源】： 大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 聚合物基导电复合材料的研究现状
1.1.1 导电填料类型
1.1.2 常用的基体及制备方法
1.1.3 聚合物基导电复合材料应用
1.2 导电复合材料的电学性能研究简介
1.2.1 逾渗理论
1.2.2 导电机理
1.2.3 聚酰亚胺基复合材料的研究进展
1.3 导电复合材料的介电性能的研究简介
1.3.1 物质的极化现象
1.3.2 介电性能的表征参数
1.3.3 介电理论模型
1.3.4 复合材料交流电学性能研究
1.3.5 导电复合材料介电性能的研究进展
1.4 吸波材料研究简介
1.4.1 吸波材料的工作原理
1.4.2 吸波材料的分类及研究进展
1.5 本文主要研究思路与内容
2 实验部分
2.1 实验原料
2.2 样品制备
2.2.1 原位合成PI/VGCF导电复合材料
2.2.2 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米粒子的制备
2.2.3 原位合成PI/CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合吸波材料
2.2.4 巴基纸（Buckypaper）的制备
2.2.5 巴基纸（Buckypaper）复合材料的制备
2.3 性能测试
2.3.1 热性能测试
2.3.2 电导率测试
2.3.3 形貌测试
2.4 拉曼光谱分析（Raman）和红外（FTIR）光谱分析
2.5 X射线衍射仪（XRD）
2.6 磁性能表征
2.7 元素分析
2.8 动态力学性能测试
2.8.1 外加热下动态力学性能测试
2.8.2 自发热下动态力学性能测试
2.9 介电性能测试
2.10 电磁参数及电磁屏蔽性能的测试
3 PI/VGCF复合材料在直流电压下的电性能、动态力学性能和基体聚集态结构的研究
引言
3.1 PI的热性能
3.2 复合材料的室温逾渗曲线
3.3 复合材料的形貌
3.4 非均匀体系的热涨落隧道效应
3.5 复合材料外加热和自发热下的动态力学性能
3.5.1 复合材料外加热下的动态力学性能
3.5.2 复合材料外自发热下的动态力学性能
3.6 复合材料自发热下的WAXD表征
3.7 本章小结
4 PI/VGCF复合材料在交流电压下的电性能研究
引言
4.1 3.11vol% PI/VGCF复合材料的介电性能
4.1.1 复合材料的复阻抗、电模量随频率的变化
4.1.2 复合材料的复阻抗、电模量的Cole-Cole曲线
4.1.3 复合材料的复介电常数、交流电导率随频率的变化
4.1.4 复合材料的介电性能等效电路以物理意义
4.2 6.28vol% PI/VGCF复合材料的介电性能
4.2.1 复合材料的复阻抗、电模量随频率的变化
4.2.2 复合材料的复阻抗、电模量的Cole-Cole曲线
4.2.3 复合材料的复介电常数、交流电导率随频率的变化
4.2.4 复合材料的介电性能的等效电路及物理意义
4.3 PI/VGCF复合材料在直流和交流电下的隧道效应
4.3.1 采用热涨落隧道效应计算复合材料的在交流电下的电导率
4.3.2 采用热涨落隧道效应计算复合材料的在直流电下的电导率
4.4 本章小结
5 PI/CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合材料吸波性能的研究
引言
5.1 CNTs的表面改性
5.2 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的表征
5.2.1 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的元素分析
5.2.2 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的形貌观察
5.2.3 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的结构表征
5.2.4 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的磁性表征
5.2.5 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的吸波性能
5.3 PI/CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合材料的表征
5.3.1 PI/CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合材料的形貌
5.3.2 PI/CNT s/ZnxFe（3-x）O4复合材料的电磁屏蔽性能
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点摘要
6.3 展望
参考文献
附录A 第四章的补充数据
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型原油储罐导静电涂料的研究进展 [J]. 程红红,张仁坤,赵晓栋,刘栓,郭小平,蒲吉斌,王立平. 电镀与涂饰. 2017(10)
[2]聚烯烃抗静电/导电复合材料的研究进展 [J]. 夏雪梅,龚维,何颖,徐阳,付海. 工程塑料应用. 2015(07)
[3]基于异构三苯二醚二酐的热塑性共聚酰亚胺的合成 [J]. 赵慧文,王玮,陈国飞,李星,张鸿飞,方省众. 工程塑料应用. 2015(06)
[4]聚酰亚胺在液晶显示器件中的应用 [J]. 王永,孙可,谢莉. 现代显示. 2013(04)
[5]NiCF/ABS复合材料的制备及电磁屏蔽效能研究 [J]. 唐萍,程真真,张荣,刘俊,史然,宾月珍. 高分子通报. 2013(02)
[6]Alumina/Polyimide Composite Porous Nanosolid:Dielectric Characteristics and Compressive Strength [J]. LUAN Chun-hong,GENG Yu-jing,YU Qin-qin,CAO Li-li,LIAN Gang * and CUI De-liang * State Key Laboratory of Crystal Materials,Shandong University,Jinan 250100,P.R.China. Chemical Research in Chinese Universities. 2012(04)
[7]外场作用下硅橡胶/镀银空心微珠复合材料的导电特性 [J]. 胡圣飞,张冲,李慧. 高分子材料科学与工程. 2012(03)
[8]基于异构联苯二酐的热塑性聚酰亚胺性能研究 [J]. 刘燕峰,包建文,益小苏,王震,丁孟贤. 工程塑料应用. 2012(03)
[9]Ag包覆ACR微球的制备及性能 [J]. 胡圣飞,张冲,赵敏,李慧. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(02)
[10]导电型高分子/碳纳米管复合材料研究 [J]. 孙尧,鲍哈达,郭朝霞,于建. 高分子通报. 2011(04)
博士论文
[1]碳系填料介电弹性体复合材料的结构调控及电力学性能研究[D]. 刘苏亭.北京化工大学. 2016
[2]聚乙烯基复合材料的导电机理及电热性能研究[D]. 张荣.大连理工大学. 2014
[3]新型功能性聚酰亚胺的合成与性能研究[D]. 黄孝华.上海交通大学. 2011
[4]活性碳纤维（毡）/环氧树脂吸波复合材料的设计与吸波性能的研究[D]. 邹田春.天津大学. 2007
硕士论文
[1]基于炭黑/硅橡胶柔性复合压敏导电胶的稳定性研究[D]. 黄钰.合肥工业大学. 2010
[2]基于炭黑/硅橡胶复合压敏导电胶的制备和性能研究[D]. 王敏.合肥工业大学. 2007
本文编号：3540019
【文章来源】： 大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 聚合物基导电复合材料的研究现状
1.1.1 导电填料类型
1.1.2 常用的基体及制备方法
1.1.3 聚合物基导电复合材料应用
1.2 导电复合材料的电学性能研究简介
1.2.1 逾渗理论
1.2.2 导电机理
1.2.3 聚酰亚胺基复合材料的研究进展
1.3 导电复合材料的介电性能的研究简介
1.3.1 物质的极化现象
1.3.2 介电性能的表征参数
1.3.3 介电理论模型
1.3.4 复合材料交流电学性能研究
1.3.5 导电复合材料介电性能的研究进展
1.4 吸波材料研究简介
1.4.1 吸波材料的工作原理
1.4.2 吸波材料的分类及研究进展
1.5 本文主要研究思路与内容
2 实验部分
2.1 实验原料
2.2 样品制备
2.2.1 原位合成PI/VGCF导电复合材料
2.2.2 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米粒子的制备
2.2.3 原位合成PI/CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合吸波材料
2.2.4 巴基纸（Buckypaper）的制备
2.2.5 巴基纸（Buckypaper）复合材料的制备
2.3 性能测试
2.3.1 热性能测试
2.3.2 电导率测试
2.3.3 形貌测试
2.4 拉曼光谱分析（Raman）和红外（FTIR）光谱分析
2.5 X射线衍射仪（XRD）
2.6 磁性能表征
2.7 元素分析
2.8 动态力学性能测试
2.8.1 外加热下动态力学性能测试
2.8.2 自发热下动态力学性能测试
2.9 介电性能测试
2.10 电磁参数及电磁屏蔽性能的测试
3 PI/VGCF复合材料在直流电压下的电性能、动态力学性能和基体聚集态结构的研究
引言
3.1 PI的热性能
3.2 复合材料的室温逾渗曲线
3.3 复合材料的形貌
3.4 非均匀体系的热涨落隧道效应
3.5 复合材料外加热和自发热下的动态力学性能
3.5.1 复合材料外加热下的动态力学性能
3.5.2 复合材料外自发热下的动态力学性能
3.6 复合材料自发热下的WAXD表征
3.7 本章小结
4 PI/VGCF复合材料在交流电压下的电性能研究
引言
4.1 3.11vol% PI/VGCF复合材料的介电性能
4.1.1 复合材料的复阻抗、电模量随频率的变化
4.1.2 复合材料的复阻抗、电模量的Cole-Cole曲线
4.1.3 复合材料的复介电常数、交流电导率随频率的变化
4.1.4 复合材料的介电性能等效电路以物理意义
4.2 6.28vol% PI/VGCF复合材料的介电性能
4.2.1 复合材料的复阻抗、电模量随频率的变化
4.2.2 复合材料的复阻抗、电模量的Cole-Cole曲线
4.2.3 复合材料的复介电常数、交流电导率随频率的变化
4.2.4 复合材料的介电性能的等效电路及物理意义
4.3 PI/VGCF复合材料在直流和交流电下的隧道效应
4.3.1 采用热涨落隧道效应计算复合材料的在交流电下的电导率
4.3.2 采用热涨落隧道效应计算复合材料的在直流电下的电导率
4.4 本章小结
5 PI/CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合材料吸波性能的研究
引言
5.1 CNTs的表面改性
5.2 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的表征
5.2.1 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的元素分析
5.2.2 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的形貌观察
5.2.3 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的结构表征
5.2.4 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的磁性表征
5.2.5 CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合纳米颗粒的吸波性能
5.3 PI/CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合材料的表征
5.3.1 PI/CNTs/ZnxFe（3-x）O4复合材料的形貌
5.3.2 PI/CNT s/ZnxFe（3-x）O4复合材料的电磁屏蔽性能
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点摘要
6.3 展望
参考文献
附录A 第四章的补充数据
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型原油储罐导静电涂料的研究进展 [J]. 程红红,张仁坤,赵晓栋,刘栓,郭小平,蒲吉斌,王立平. 电镀与涂饰. 2017(10)
[2]聚烯烃抗静电/导电复合材料的研究进展 [J]. 夏雪梅,龚维,何颖,徐阳,付海. 工程塑料应用. 2015(07)
[3]基于异构三苯二醚二酐的热塑性共聚酰亚胺的合成 [J]. 赵慧文,王玮,陈国飞,李星,张鸿飞,方省众. 工程塑料应用. 2015(06)
[4]聚酰亚胺在液晶显示器件中的应用 [J]. 王永,孙可,谢莉. 现代显示. 2013(04)
[5]NiCF/ABS复合材料的制备及电磁屏蔽效能研究 [J]. 唐萍,程真真,张荣,刘俊,史然,宾月珍. 高分子通报. 2013(02)
[6]Alumina/Polyimide Composite Porous Nanosolid:Dielectric Characteristics and Compressive Strength [J]. LUAN Chun-hong,GENG Yu-jing,YU Qin-qin,CAO Li-li,LIAN Gang * and CUI De-liang * State Key Laboratory of Crystal Materials,Shandong University,Jinan 250100,P.R.China. Chemical Research in Chinese Universities. 2012(04)
[7]外场作用下硅橡胶/镀银空心微珠复合材料的导电特性 [J]. 胡圣飞,张冲,李慧. 高分子材料科学与工程. 2012(03)
[8]基于异构联苯二酐的热塑性聚酰亚胺性能研究 [J]. 刘燕峰,包建文,益小苏,王震,丁孟贤. 工程塑料应用. 2012(03)
[9]Ag包覆ACR微球的制备及性能 [J]. 胡圣飞,张冲,赵敏,李慧. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(02)
[10]导电型高分子/碳纳米管复合材料研究 [J]. 孙尧,鲍哈达,郭朝霞,于建. 高分子通报. 2011(04)
博士论文
[1]碳系填料介电弹性体复合材料的结构调控及电力学性能研究[D]. 刘苏亭.北京化工大学. 2016
[2]聚乙烯基复合材料的导电机理及电热性能研究[D]. 张荣.大连理工大学. 2014
[3]新型功能性聚酰亚胺的合成与性能研究[D]. 黄孝华.上海交通大学. 2011
[4]活性碳纤维（毡）/环氧树脂吸波复合材料的设计与吸波性能的研究[D]. 邹田春.天津大学. 2007
硕士论文
[1]基于炭黑/硅橡胶柔性复合压敏导电胶的稳定性研究[D]. 黄钰.合肥工业大学. 2010
[2]基于炭黑/硅橡胶复合压敏导电胶的制备和性能研究[D]. 王敏.合肥工业大学. 2007
本文编号：3540019
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