多壁碳纳米管/高分子基纳米复合材料应变传感特性研究

发布时间：2024-01-23 12:52

　　由高分子聚合物基体和纳米颗粒组成的导电复合材料因其优良的力学,热学及电学特性被广泛应用于航空航天,电子,汽车及医疗等领域。碳纳米管(CNT)具有高长径比,高电子迁移率和高强度的特点,其在聚合物基体中形成的导电网络在外力的作用下会发生重构,有望为设计高灵敏度的柔性传感器件提供新的思路。本研究系统分析了多壁碳纳米管(MWCNT)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料在直流电下的压阻特性,并建立了RLC等效电路模型,对材料在交流电下的力-电耦合特性进行了探讨。首先,论文采用溶液流延的方式,经过超声分散和行星搅拌,制作了一种多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯(MWCNT/PVDF)薄膜。对薄膜进行打磨和切片处理,用涂抹导电银浆的方式添加电极,制成规格统一的应变片。SEM形貌分析表明,MWCNT在聚合物基体中的分散性良好,无明显的团聚现象,能相互搭接形成三维导电网络。其次,搭建了小型测试平台,对应变片在直流和交流电下的应变传感特性进行了分析。结果发现:(1)应变片可以承受20%的应变而不断裂。(2)在直流电路中应变片具有压阻特性,但是其应变-电阻之间的关系表现出明显的非线性。(3)在交流电路中,当应变为零时,其...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 复合材料传感器制作的一般策略
        1.2.2 压阻式复合材料应变传感器
    1.3 本论文的研究目标和主要内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容及技术路线
2 MWCNT/PVDF纳米复合材料的制备、表征及实验
    2.1 材料的制备工艺
        2.1.1 熔融法
        2.1.2 流延法
    2.2 材料的选择
        2.2.1 碳纳米管的选择
        2.2.2 高分子基体的选择
    2.3 MWCNT/PVDF纳米复合材料的制作工艺流程
    2.4 SEM断面形貌分析
    2.5 实验平台的搭建及测试方法
    2.6 本章小结
3 MWCNT/PVDF纳米复合材料在直流电下的压阻特性
    3.1 MWCNT/PVDF复合材料薄膜的导电特性
        3.1.1 碳纳米管渗流网络模型
        3.1.2 应变片的导电率
    3.2 MWCNT/PVDF薄膜应变片的压阻特性
        3.2.1 材料变形对碳纳米管导电网络的影响
        3.2.2 隧道效应理论
        3.2.3 材料的电阻-应变关系
    3.3 本章小结
4 MWCNT/PVDF纳米复合材料在交流电下的力-电耦合特性
    4.1 复合材料的介电损耗特性
        4.1.1 介电损耗产生的原因
        4.1.2 介电损耗的表征
    4.2 MWCNT含量及测试电压对复合材料介电损耗的影响
        4.2.1 MWCNT含量对材料介电损耗的影响
        4.2.2 测试电压对材料介电损耗的影响
    4.3 交流电下应变对复合材料介电损耗的影响
    4.4 本章小结
5 MWCNT/高分子基纳米复合材料的等效电路模型
    5.1 MWCNT/PVDF复合材料RLC等效电路模型的建立
    5.2 模型的验证
    5.3 统一的RLC等效电路模型
        5.3.1 材料的选择与制备
        5.3.2 形貌分析和模型验证方法
        5.3.3 材料导电性,损耗特性及模型验证结果
    5.4 RLC等效电路模型的应用展望
    5.5 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读硕士期间的学术论文及研究成果



本文编号：3882694