聚偏氟乙烯碳纳米管复合材料制备与电性能研究

发布时间：2017-09-12 17:15

  本文关键词：聚偏氟乙烯碳纳米管复合材料制备与电性能研究

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【摘要】：碳纳米管(MWCNT)具有较大的长径比和较高的电导率,使其成为比较合适的高介电复合材料的填料。然而,根据渗流理论,当基体中碳纳米管含量在渗流阈值(fc)附近,复合材料获得高的介电常数的同时,会发生绝缘体向导体的转变而使得介电损耗激增。研究人员采用包覆的方法制备复合材料,大大降低了复合材料的介电损耗。然而这些方法往往由于制备工艺比较复杂,限制了其在电子器件等中的应用。因此,我们期望通过采用一种简单的成型方法对聚合物/导电填料复合材料的结构进行设计和优化,探索聚合物基介电复合材料的结构-性能关系规律,其主要的研究内容与结果如下：首先,我们采用溶液混合法和注射成型法制备了多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯(MWCNT/PVDF),研究了注射成型工艺对MWCNT/PVDF复合材料性能的影响。结果表明,溶液混合法使碳纳米管均匀分散在聚合物基体中,注射成型法使得MWCNT产生取向,拓宽了渗流阈值的转变浓度,优化了复合材料的介电性能；根据渗流理论拟合得到复合材料的渗流阈值为5.00 wt.%-9.00 wt.%;在频率为100Hz时,5.00 wt.% MWCNT/PVDF、7.00 wt.% MWCNT/PVDF和9.00wt%MWCNT/PVDF复合材料的介电常数分别为23.8、48.71和73.55,损耗角正切分别为0.11、1.96和4.79。其次,我们采用溶液混合法和注射成型法制备了石墨化碳纳米管/聚偏氟乙烯(g-MWCNT/PVDF)与十六烷基三甲基溴化铵@石墨化碳纳米管/聚偏氟乙烯(CTAB@g-MWCNT/PVDF)复合材料,对两种复合材料进行了性能研究。结果表明,碳纳米管经过石墨化处理后其复合材料的渗流阈值降低到3.00 wt.%-5.00wt.%；当频率为100 Hz时,g-MWCNT的含量为5.00wt.%复合材料的介电常数从23.8增加到105,但是损耗角正切从0.11增加8.67。添加CTAB后,CTAB@g-MWCNT的含量为5.00wt.%复合材料的介电常数增加到119,而损耗角正切仅为0.816。
【关键词】：碳纳米管 聚偏氟乙烯 复合材料 注射成型 介电常数 损耗角正切
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-24
• 1.1 高介电复合材料研究现状8-11
• 1.1.1 陶瓷粉末填充聚合物基高介电复合材料8-9
• 1.1.2 金属填料填充聚合物基高介电复合材料9-11
• 1.1.3 无机填料填充聚合物基高介电复合材料11
• 1.2 碳纳米管概述11-16
• 1.2.1 碳纳米管的结构11-12
• 1.2.2 碳纳米管的性能12-13
• 1.2.3 碳纳米管复合材料的制备方法13-15
• 1.2.4 碳纳米管复合材料的成型方法15-16
• 1.3 碳纳米管高介电低损耗复合材料的研究现状16-19
• 1.4 聚偏氟乙烯19-21
• 1.4.1 聚偏氟乙烯概述20
• 1.4.2 聚偏氟乙烯的应用20-21
• 1.5 聚合物基高介电复合材料的应用21-22
• 1.5.1 高介电材料在高储能电容器中的应用21-22
• 1.5.2 高介电材料在电子工程中的应用22
• 1.5.3 高介电材料在生物医学领域的应用22
• 1.6 选题意义及研究内容22-24
• 1.6.1 选题意义22-23
• 1.6.2 研究内容23-24
• 第二章 实验试剂与仪器24-26
• 2.1 实验试剂24-25
• 2.2 实验仪器与设备25-26
• 第三章 注射成型工艺制备多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料及性能26-42
• 3.1 实验部分26-29
• 3.1.1 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料的制备26-27
• 3.1.2 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料性能测试27-29
• 3.2 结果与讨论29-41
• 3.2.1 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料形貌分析29-30
• 3.2.2 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料力学性能分析30-33
• 3.2.3 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料红外光谱分析33-34
• 3.2.4 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料结晶性能分析34-35
• 3.2.5 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料导电性能分析35-37
• 3.2.6 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料介电常数性能分析37-38
• 3.2.7 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料介电损耗性能分析38-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 改性多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料的制备与性能42-52
• 4.1 实验部分43-44
• 4.1.1 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料的制备43
• 4.1.2 碳纳米管/聚偏氟乙烯测试与表征43-44
• 4.2 结果与讨论44-51
• 4.2.1 碳纳米管的透射电镜分析44
• 4.2.2 碳纳米管拉曼光谱分析44-45
• 4.2.3 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料扫描电镜分析45-46
• 4.2.4 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料导电性能分析46-48
• 4.2.5 碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料介电性能分析48-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 结论与展望52-54
• 5.1 结论52-53
• 5.2 展望53-54
• 参考文献54-62
• 攻读硕士期间发表论文62-64
• 致谢64

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本文编号：838487