二乙烯基苯包覆多壁碳纳米管及其复合材料介电性能研究

发布时间：2017-10-08 06:27

  本文关键词：二乙烯基苯包覆多壁碳纳米管及其复合材料介电性能研究

  更多相关文章： 多壁碳纳米管 二乙烯基苯 马来酸酐 自由基聚合 介电性能 界面极化

【摘要】：新型储能器件的研发要求材料的介电性能达到更高水平。导电填料／聚合物基纳米介电复合材料凭借其较低的密度、良好的加工性能和力学性能,广泛受到研究人员的青睐。然而,在渗流阈附近此种材料极高的介电损耗限制了其在工业领域的应用。因此,本文采用悬浮聚合的方法,实现了交联聚合物对碳纳米管的有效包覆,并在此基础上成功制备了三种高介电低损耗的复合材料。主要工作包括：1、以二乙烯基苯(DVB)为活性单体,采用自由基原位悬浮聚合的方法,成功制备了DVB交联聚合物包覆的DVB@MWCNTs杂化材料。该方法为一步投料,反应条件温和、实验步骤简单,通过调节MWCNTs浓度、单体添加量和溶剂的种类,可以控制包覆层厚度在5-80nm之间,同时,包覆层中仍含有未反应的碳碳双键、具有可设计性。2、以DVB单体为桥梁,加入第二单体马来酸酐,通过控制二乙烯基苯和马来酸酐的添加比例、MWCNTs浓度、和溶剂的种类,成功制备了包覆层厚度可在10-70nm之间进行调控的DVB-MA@MWCNTs杂化材料。采用FTIR、XPS等各种测试方法,证明了包覆层中具有酸酐基团。3、采用不同包覆层厚度和长度的DVB@MWCNTs分别与环氧树脂、聚苯乙烯制成了复合材料。结果表明,复合材料介电性能的调控取决于MWCNTs表面包覆层的厚度,所用DVB@MWCNTs纳米介电填料的长度以及基体树脂的种类。具体表现在,当采用包覆层较薄的DVB@MWCNTs时,对于包覆层与基体相容性较好的PS复合体系,使用较短的MWCNTs即可使体系介电实部达到较高水平；对于DVB包覆层与基体相容性不好的环氧树脂复合体系,采用长尺寸、DVB包覆层较薄的DVB@MWCNTs可使复合体系介电实部达到较高水平。此种现象与DVB@MWCNTs与基体界面层间的极化作用有关。最终,我们成功制备了介电常数100,介电损耗小于0.1的环氧树脂和聚苯乙烯复合材料。4、以DVB-MA@MWCNTs为介电填料,聚醚型热塑性聚氨酯(TPU)为树脂基体,采用溶液共混-反沉淀-热压的方法制备了含有不同质量分数DVB-MA@MWCNTs的TPU复合材料。我们对复合材料进行了红外、XRD、力学以及介电性能表征,结果表明酸酐基团的存在使得MWCNTs与基体间有更良好的相容性,制备的复合材料在特定频率范围内介电性能优异。
【关键词】：多壁碳纳米管 二乙烯基苯 马来酸酐 自由基聚合 介电性能 界面极化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-34
• 1.1 本课题行业研究发展概况14-15
• 1.2 纳米填料/聚合物基介电材料研究进展15-20
• 1.2.1 无机陶瓷填料/聚合物基介电材料15-17
• 1.2.2 导电填料/聚合物基介电材料17-20
• 1.3 碳纳米管的包覆修饰20-26
• 1.3.1 碳纳米管的共价包覆20-25
• 1.3.2 碳纳米管的非共价包覆25-26
• 1.4 多壁碳纳米管(MWCNTs)/聚合物基介电材料的制备与表征26-33
• 1.4.1 MWCNTs/聚合物基介电材料的制备方法26-29
• 1.4.2 MWCNTs/聚合物基介电材料研究方法29-33
• 1.5 课题的创新性及研究意义33-34
• 第二章 一种基于二乙烯基苯交联体系可控包覆多壁碳纳米管的方法34-70
• 2.1 引言34
• 2.2 实验原料34-35
• 2.3 实验仪器35-36
• 2.4 测试及表征方法36-37
• 2.5 DVB@MWCNTs杂化材料的制备机理与步骤37-41
• 2.5.1 制备机理37-38
• 2.5.2 制备步骤38-41
• 2.6 结果表征与讨论41-54
• 2.6.1 引发剂浓度对反应产物的影响41-45
• 2.6.2 单体添加配比对反应产物的影响45-51
• 2.6.3 溶剂种类对反应产物的影响51-53
• 2.6.4 底物浓度对反应产物的影响53-54
• 2.7 DVB-MA@MWCNTs杂化材料的制备机理与步骤54-56
• 2.7.1 制备机理54-55
• 2.7.2 制备步骤55-56
• 2.8 结果表征与讨论56-69
• 2.8.1 两单体相对投料量对产物的影响56-59
• 2.8.2 两单体总投料量对产物的影响59-64
• 2.8.3 溶剂种类对产物的影响64-65
• 2.8.4 DVB-MA@MWCNTs杂化材料性能分析65-69
• 2.9 本章小结69-70
• 第三章 DVB@MWCNTs/聚合物基复合材料的制备及介电性能研究70-88
• 3.1 引言70-71
• 3.2 实验原料71
• 3.3 DVB@MWCNTs/EP复合材料的制备与表征71-79
• 3.3.1 DVB@MWCNTs/EP复合材料的制备71-72
• 3.3.2 复合材料AC电导率表征72-74
• 3.3.3 复合材料介电性能表征74-78
• 3.3.4 复合材料形貌表征(SEM)78-79
• 3.3.5 结论79
• 3.4 DVB@MWCNTs/PS复合材料的制备与表征79-87
• 3.4.1 DVB@MWCNTs/PS复合材料的制备79
• 3.4.2 复合材料AC电导率表征79-82
• 3.4.3 复合材料介电性能表征82-85
• 3.4.4 复合材料扫描电镜表征(SEM)85-86
• 3.4.5 结论86-87
• 3.5 本章小结87-88
• 第四章 DVB-MA@MWCNTs/TPU高介电弹性体的制备及性能研究88-110
• 4.1 引言88-89
• 4.2 实验原料及设备89-91
• 4.3 DVB-MA@MWCNTS/TPU复合材料的制备与表征91-107
• 4.3.1 复合材料的制备91
• 4.3.2 复合材料AC电导率表征91-94
• 4.3.3 复合材料介电性能表征94-98
• 4.3.4 复合材料力学性能表征98-100
• 4.3.5 复合材料ATR-IR表征100-102
• 4.3.6 复合材料SEM表征102-103
• 4.3.7 复合材料XRD表征103-105
• 4.3.8 复合材料导热性表征105-107
• 4.3.9 复合材料热稳定性表征107
• 4.4 本章小结107-110
• 第五章 结论110-112
• 参考文献112-118
• 致谢118-120
• 研究成果及发表的学术论文120-122
• 作者和导师简介122-123
• 附件123-124

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