碳納米管-聚合物復(fù)合材料電學(xué)性能研究.pdf

1、自碳納米管（carbon nanotubes CNTs）發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于其極高的強(qiáng)度、韌性、以及極大的長(zhǎng)徑比和優(yōu)良的導(dǎo)電性能，使其有望成為復(fù)合材料理想的增強(qiáng)體。近年來(lái)，碳納米管/聚合物復(fù)合材料的研究已經(jīng)成為新材料研究的熱點(diǎn)。 聚合物一般具有加工性能好，密度低，機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是傳統(tǒng)聚合物導(dǎo)電性能差。共軛導(dǎo)電聚合物雖然具有相對(duì)較好的導(dǎo)電性，但是加工性能差，因此很大程度上限制了其廣泛的應(yīng)用。由于碳納米管具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和極大的長(zhǎng)

2、徑比，如果把少量的碳納米管加入到聚合物基體中，可以在保持聚合物優(yōu)良的加工特性和低密度等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，極大得改善復(fù)合材料的導(dǎo)電性。因此碳納米管改性聚合物復(fù)合材料在電磁屏蔽、靜電噴涂、靜電消除等領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用前景。 碳納米管在基體中的無(wú)序分布制約了復(fù)合材料在場(chǎng)發(fā)射，納米電子器件等眾多領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)碳納米管的高度有序定向排列，在基體材料溶液澆鑄過(guò)程中，采用反復(fù)機(jī)械拉伸的方法，即將半干狀態(tài)的單壁碳納米管（Single—wal

3、led carbonnanotubes，SWNTs）/雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂（E51）復(fù)合體系沿同一方向反復(fù)拉伸，合成了SWNTs定向排列并均勻分散的SWNTs/E51復(fù)合材料。SEM照片分析表明，SWNTs沿拉伸方向排列且均勻分散。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示SWNTs/E51復(fù)合材料的電導(dǎo)率、機(jī)械性能得到明顯提高，并表現(xiàn)出清晰地滲流現(xiàn)象和顯著各向異性。與垂直于拉伸方向相比，復(fù)合材料沿拉伸方向具有更高的電導(dǎo)率及更低的滲流閾值。 本文基于有效介質(zhì)理論

4、（Effective—Medium Theory EMA）模擬計(jì)算了單壁碳納米管定向排列的SWNTs/環(huán)氧樹(shù)脂（epoxy resin）復(fù)合材料的電導(dǎo)率及滲流閾值，很好地解釋了傳統(tǒng)理論所不能解釋的電導(dǎo)率的低突增現(xiàn)象，在SWNTs/epoxy復(fù)合材料中表現(xiàn)出非常低的滲流閾值和強(qiáng)烈地各向異性。很容易看到，在SWNTs/epoxy復(fù)合材料中，當(dāng)SWNTs的含量大于復(fù)合材料滲流閾值時(shí)，少量的SWNTs可極大地提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率，同時(shí)復(fù)合材料的