基于原子力显微镜定量纳米力学技术表征碳纳米管/橡胶复合材料界面性能
发布时间：2022-05-05 19:13
橡胶材料因常温下具有高弹性而广泛应用于轮胎、管带和密封胶等工业制品。通过引入无机纳米粒子制备橡胶纳米复合材料可赋予其更多优异的性能,例如:良好的力学性能、导电性、导热性、阻燃性和磁性等。对橡胶纳米复合材料而言,无机纳米粒子和橡胶之间的界面相互作用取决于橡胶大分子和无机纳米粒子的物理化学性质,其通过影响界面区域的性能（厚度及纳米力学等）,进而影响无机纳米粒子的分散、应力的传递、分子链取向等,最终影响复合材料的宏观性能。因此,界面区域性能与橡胶大分子和无机纳米粒子的物理化学性质紧密相关。很多研究指出在界面区域,随着与无机纳米粒子表面距离的不同,界面各处的链堆积密度及分子链构象等也不相同,因此对界面区域的定量表征是一个关键的问题。本课题借助原子力显微镜的峰值力定量纳米力学模式（AFM-QNM）并结合Johnson-Kendall-Robert（JKR）模型拟合验证,对碳纳米管/橡胶复合材料的界面性能进行了定量表征,包括界面纳米力学性能和界面厚度。进一步在此基础上探究了碳纳米管的比表面积和橡胶大分子的极性对碳纳米管/橡胶复合材料的界面性能的影响。本研究为弹性体基体和纳米填料的物理化学性质对复合...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－１ＣＮＴ－３５０／ＳＳＢＲ的ＡＦＭ图像：（ａ）高度图（ｎｍ）?（ｂ）模量图（ＭＰａ）?（ｃ）粘附力图（ｎＮ）
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【参考文献】：
期刊论文
[1]含纳米氧化锌丁腈橡胶摩擦学行为的分子动力学模拟[J]. 唐黎明,任师兵,郝敏,李云龙,何恩球,崔建鹏. 润滑与密封. 2019(12)
[2]特种阻尼硅橡胶长时热空气老化与贮存寿命[J]. 张欢,许文,张新兰. 高分子材料科学与工程. 2019(06)
[3]Preparation and performance of a cold gas dynamic sprayed high-aluminum bronze coating[J]. Li Feng,Chang Guan,Ji-rong Chang,Hai-min Zhai,Guo-sheng An,Wen-sheng Li. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2018(11)
[4]碳纳米管/溶聚丁苯橡胶复合材料的制备与性能研究[J]. 耿洁婷,刘凯,华静. 橡胶工业. 2018(08)
[5]聚丙烯腈改性碳纳米管/氢化丁腈橡胶复合材料的制备及性能[J]. 董杰,韩进,吴信荣,黎文才,李世民,吴坤琪,王春玲,吕西绍. 合成橡胶工业. 2017(06)
[6]碳纳米管/橡胶复合材料导热性能研究进展[J]. 余真珠,王彬,牛甜甜. 材料科学与工程学报. 2016(04)
本文编号：3650846
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－１ＣＮＴ－３５０／ＳＳＢＲ的ＡＦＭ图像：（ａ）高度图（ｎｍ）?（ｂ）模量图（ＭＰａ）?（ｃ）粘附力图（ｎＮ）
?北京化工大学硕士毕业论文?????ＩｍＢＢＩ??Ｈｅｉｇｈｔ?６＾）?０?ｎｍ?Ｍｏｄｕｉｕｓ?６００?０?ｎｍ?Ａｄｈｅｓｉｏｎ?６〇６?０?ｍｒ＞??图３－１ＣＮＴ－３５０／ＳＳＢＲ的ＡＦＭ图像：（ａ）高度图（ｎｍ）?（ｂ）模量图（ＭＰａ）?（ｃ）粘附力图（ｎＮ）。扫??描尺寸为３?｜ｉｍ??Ｆｉｇ．３－１?ＡＦＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＣＮＴ－３５０／ＳＳＢＲ：?（ａ）?ｈｅｉｇｈｔ?ｉｍａｇｅ?（ｎｍ）?（ｂ）?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｍａｇｅ?（ＭＰａ）?（ｃ）?ａｄｈｅｓｉｏｎ??ｉｍａｇｅ?（ｎＮ）．?Ｓｃａｎ?ｓｉｚｅ?ｉｓ?３?＼ｕｎ．??３．３?ＡＦＭ定量表征碳纳米管／橡胶复合材料的界面纳米力学性能??以ＣＮＴ－３５０／ＳＳＢＲ样品为例，建立ＡＦＭ－ＱＮＭ定量表征碳纳米管／橡胶复合材料??的界面纳米力学性能的方法。首先，为了提高ＡＦＭ－ＱＮＭ测试结果的准确性，利用??ＡＦＭ－ＱＮＭ放大样品待测区域进行测试，得到分辨率更高的、小尺寸的高度图、模量??图和粘附力图，如图３－２所示。并且，在复合材料的界面区域可以得到更多的数据点。??（的?（＜〇?—Ｍｉ??■ｔＭＨｔ?麵?ｉ??ＨＨＨＨＮｐ??ＨｅｉｇＷ?２００．０?ｎｍ?Ｍｏｄｕｌｕｓ?２６〇．６ｎｍ?Ａｄｈｅｓｉｏｎ?２６６?ｂ?ｎｍ??图３＿２ＣＮＴ－３５〇／ＳＳＢＲ的ＡＦＭ图像：（ａ）高度图（ｎｍ）?（ｂ）模量图（ＭＰａ）?（ｃ）粘附力图（ｎＮ）。扫??描尺寸为１?｜ｉｍ??Ｆｉｇ．３－２?ＡＦＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＣＮＴ－３５０／ＳＳＢＲ：?（ａ）?ｈｅｉｇｈｔ?ｉｍａｇｅ?（ｎｍ）?（ｂ）?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｍａｇｅ?（Ｍ
?第三章建立碳纳米管／橡胶复合材料界面性能的定量表征方法???量值。但是，相比之下界面区域的模量值远小于ＣＮＴ的模量值，抛光面上残留的橡??胶基体的缓冲作用会使得未暴露出拋光面的那部分界面区域的模量值近似等于橡胶??基体的模量。因此，如图３－３（ｂ）（ｂ’）所示，当ＣＮＴ暴露出抛光面的高度小于ＣＮＴ半??径的高度时，测得的碳纳米管／橡胶复合材料的界面区域的模量值和厚度均与实际的??不符。??１１?ＡＦＭ?Ｐｒｏｂｅ?ＡＦＭ?Ｐｒｏｂｅ??（ａ）?Ｒｏｂｂｅｒ?ｍａｔｒｉｘ?（ｂ）?Ｒｏｂｂｅｒ?ｍａｔｉｉｘ??ＭＰａ?ｊ?ｊ?ＭＰａ?ｊ?ｉ??（ａ，）｜?腿?｜（ｂ，）｜ｆ＾＾?ｎｍ??图３－３基于填料相对于样品表面的位置来选择合适的ＣＮＴ：?（ａ）（ａ’）合适的ＣＮＴ?（ｂ）（ｂ’）不合适的ＣＮＴ??Ｆｉｇ．３－３?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｌｌｅｒ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｓａｍｐｌｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｏ?ｓｅｌｅｃｔ?ｔｈｅ??ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ?ＣＮＴ：?（ａ）?（ａ’）ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ?ＣＮＴ?（ｂ）?（ｂ’）ｉｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ?ＣＮＴ．??以ＣＮＴ－３５０／ＳＳＢＲ样品为例，在测得样品更高分辨率的图像中选择合适的ＣＮＴ??的基础上，建立ＡＦＭ－ＱＮＭ定量表征碳纳米管／橡胶复合材料的界面纳米力学性能的??方法。首先，“划线法”在高度图中选出合适的ＣＮＴ，对应在模量图中，沿着碳纳米??管横截面方向划一条穿过ＣＮＴ和ＳＳＢＲ基体的直线（图３－２（ｂ）），通过这种方法，可??以得到直线上的每一个像素点对应的探针弯
【参考文献】：
期刊论文
[1]含纳米氧化锌丁腈橡胶摩擦学行为的分子动力学模拟[J]. 唐黎明,任师兵,郝敏,李云龙,何恩球,崔建鹏. 润滑与密封. 2019(12)
[2]特种阻尼硅橡胶长时热空气老化与贮存寿命[J]. 张欢,许文,张新兰. 高分子材料科学与工程. 2019(06)
[3]Preparation and performance of a cold gas dynamic sprayed high-aluminum bronze coating[J]. Li Feng,Chang Guan,Ji-rong Chang,Hai-min Zhai,Guo-sheng An,Wen-sheng Li. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2018(11)
[4]碳纳米管/溶聚丁苯橡胶复合材料的制备与性能研究[J]. 耿洁婷,刘凯,华静. 橡胶工业. 2018(08)
[5]聚丙烯腈改性碳纳米管/氢化丁腈橡胶复合材料的制备及性能[J]. 董杰,韩进,吴信荣,黎文才,李世民,吴坤琪,王春玲,吕西绍. 合成橡胶工业. 2017(06)
[6]碳纳米管/橡胶复合材料导热性能研究进展[J]. 余真珠,王彬,牛甜甜. 材料科学与工程学报. 2016(04)
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