石墨烯/聚合物导电复合材料的研究

石墨烯以其独特的二维结构和优异的性能成为材料领域的研究热点。它在改善聚合物复合材料的电学性能、热学性能和力学性能等方面具有很大的潜力。综述了近些年石墨烯/聚合物导电复合材料制备与应用领域的研究,并对石墨烯/聚合物导电复合材料的发展前景进行了展望。     

石墨烯/橡胶导电纳米复合材料的研究进展

介绍了石墨烯/橡胶纳米复合材料的导电机理,综述了石墨烯及其衍生物、石墨烯的处理改性、与其他材料共混以及纳米导电复合材料的制备,论述了加工方法、硫化工艺以及温度、压力、频率、介质等因素对石墨烯/橡胶纳米复合材料导电性能的影响,并指出多组分橡胶/石墨烯复合体系及其"双逾渗"行为等都将是未来导电石墨烯/橡胶研究的重点。     

导电炭黑填充PP-EAA 复合材料的形态及电性能

以聚丙烯(PP) 和乙烯-丙烯酸共聚物( EAA) 的共混物为基体材料, 以导电炭黑为填料, 通过熔融共混的方法制备了导电复合材料。探讨了导电炭黑在两相基体中的分散情况以及聚丙烯结晶度对复合体系导电性能的影响。扫描电镜测试结果表明, 在共混物中炭黑粒子选择性分散在极性EAA 树脂中, 同时EAA 树脂在聚丙烯基体中形成连续网络结构, 从而显著降低了复合体系的渗滤阈值。电性能测试结果表明, 材料在相同导电炭黑含量下的体积电阻率相对于单基体体系有7～8 个数量级的降低, 并且结晶度较高的PP 更有利于降低复合体系的体积电阻率。此外, 炭黑/ PP-EAA 复合材料的拉伸强度相对于炭黑/ PP 体系有所下降, 而断裂伸长率有所提高。      

摩擦学机敏材料中的相变控制润滑剂

探讨了摩擦学机敏材料的核心部件聚乙烯基复合导电自润滑材料的制备工艺与电性能，不同方法制得的复合材料的电阻率与导电组分炭黑含量的关系亦表现出很大的差别，与干法相比，湿法电阻率较低，过滤区组分范围更宽。据此，确定出用作复合导电自润滑材料的炭黑含量宜大于３５％。但经实验得出可以自加热发生熔融相变的合适的炭黑含量为４０％，加入润滑剂后的成复合导电自润滑材料。     

石墨烯的功能化及其水泥基复合材料的研究进展

石墨烯具有优越的力学、热学、电学等性能,目前已经成为材料科学领域的研究热点。将石墨烯掺入水泥基复合材料中预期将能够提高其强度、改善其耐久性能,并使水泥基复合材料具有优异的的导电性能和压敏性能。石墨烯与水泥基材料复合的过程中仍存在许多亟需解决的问题,包括如何抑制石墨烯的团聚,如何优化石墨烯与基体的界面性能等等。本研究在现有功能化石墨烯及其水泥基复合材料研究成果的基础上,综述了石墨烯的功能化及基于石墨烯的水泥基复合材料的性能研究,为进一步开展水泥基石墨烯复合材料的研究提供参考。     

高电导率炭系复合高分子材料的研制

炭黑(CB)、石墨(C)、炭纤维(CF)炭系与基体树脂以特殊的工艺复合改性制得体积电阻率小于0.1Ω.cm的高导电高分子复合材料。研究了不同的复合体系(CB/PP)/SEBS、(PP/SEBS)/CB、(CB/SEBS)/PP及不同的配方与工艺获得的复合材料对导电性能的影响,结果表明,(PP/SEBS)/CB复合体系是最佳加工方式。采用扫描电镜(SEM)、力学性能测试等方法研究了炭系导电材料在PP/SEBS树脂中的分散机理及复合材料的力学性能。实验结果表明炭系复合组分含量为60%的PP/SEBS导电复合材料具有超高电导率、优良的力学性能和加工性能。     

球状纳米二氧化钛/石墨烯复合材料的合成及导电性能

采用改进的水热法制备二氧化钛/石墨烯(TiO2/G)复合导电材料,并研究水热温度以及石墨烯用量对TiO2/G复合材料导电性的影响。利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学阻抗谱等测试手段对复合材料的结构,微观形貌以及导电性能进行表征,并确定最佳的水热温度以及石墨烯的最佳添加量。结果表明:石墨烯添加量为5%(质量分数),水热温度为160℃,TiO2/G复合材料的导电性最佳,其电阻率为13.46Ω·cm。复合材料中TiO2纳米颗粒为球状的锐钛矿相,直径为100~200nm左右,且均匀生长在石墨烯片层表面。其中,TiO2纳米颗粒生长于石墨烯片层上,有效地阻止石墨烯片层的聚集,有利于石墨烯片层间形成导电网络,提高电子迁移效率,赋予二氧化钛复合材料优异的导电性能。     

碳纳米管在热塑性聚氨酯中的交替多层分布及退火处理对复合材料导电性能的影响EI北大核心CSCD

利用微层共挤出技术制备了不同层数的热塑性聚氨酯(TPU)和碳纳米管(CNT)填充TPU交替多层复合材料,分别研究了层结构和退火处理对复合体系导电性能的影响。结果显示,在相同粒子填充量下(4%)、低层数(低于64层)样品的体积电阻率均小于TPU/CNT普通共混样,说明导电粒子在聚合物基体中的选择性多层分布更有利于相互搭接形成导电通路。但是,随着层数的增加,层叠作用逐渐破坏导电层中原本连续的粒子网络。当层数达到128层时,电阻率超过共混体系。对多层样品分别在40℃、60℃和80℃下退火1 h,层数高的样品电阻的下降幅度更大,且退火温度越高,趋势越显著。分析认为,在高温下聚合物分子链更容易发生松弛回复,提高了导电粒子在基体中的搭接几率,使导电网络更易实现重构,这为多层体系电学相关性能的改善提供了新的途径。     

摩擦学机敏材料中的相变控制润滑剂

探讨了摩擦学机敏材料的核心部件聚乙烯基复合导电自润滑材料的制备工艺与电性能，不同方法制得的复合材料的电阻率与导电组分炭黑含量的关系亦表现出很大的差别。与干法相比，湿法电阻率较低，而过渡区组分范围更宽。据此，确定出用作复合导电润滑材料的炭黑含量宜大于３５％（质量，不同），但经实验得出可以自加热发生熔融相变的合适的炭黑含 量为４０％，加入润滑剂后构成复合导电自润滑材料，通电加热，显示出快速、易控、热性     

石墨烯/聚氨酯复合材料制备及性能研究进展

近年来,石墨烯改性聚氨酯纳米复合材料因其优异的综合性能而备受关注。在聚氨酯基体中添加石墨烯或其衍生物可显著提升聚氨酯的物理机械、热学、电磁学等性能,满足聚合物复合材料高性能和多功能的特殊要求。首先介绍了石墨烯的功能化改性方法,包括共价键改性和非共价键改性。随后介绍了石墨烯/聚氨酯纳米复合材料的制备工艺,包括原位聚合、溶液共混、熔融共混、水相(胶乳)共混等。综述了石墨烯/聚氨酯纳米复合材料在物理机械性能、导电性能、介电性能、导热性能、气体阻隔性能、阻燃性能、电磁屏蔽性能和防腐蚀性能等方面的最新研究进展。最后,对石墨烯/聚氨酯纳米复合材料面临的挑战和发展前景进行了展望。     

TPU/GO-ODA复合材料的结构与导电性能

目的以十八烷基胺(ODA)修饰的氧化石墨烯(GO-ODA)和热塑性聚氨酯(TPU)为主要材料,制备具有良好导电性能的复合材料。方法采用溶液浇注法与热压工艺制备热塑性聚氨酯/功能化石墨烯(TPU/GO-ODA)复合材料,考察GO-ODA的结构和导电性能,分析GO-ODA对TPU/GO-ODA复合材料的导电性能、拉伸-电阻敏感性的影响。结果 GO-ODA的导电性能明显优于GO;所制备的TPU/GO-ODA复合材料具有良好的导电性能,且它的拉伸-电阻敏感行为可重复性良好。结论 TPU/GO-ODA具有良好的导电性能、应变响应能力和可重复性。     

石墨/陶瓷复合导电材料的制备及性能

为了研究片状石墨的掺杂量和取向排列对石墨/陶瓷复合材料结构和性能的影响,以长石、透辉石、石英等作为陶瓷基体并掺杂石墨,经湿混、干燥、干压成型、快速烧结等工艺制备了石墨/陶瓷复合导电材料。用精密伏安表精确测定了材料垂直和平行于成型压力方向的电阻,用XRD、SEM分析了试样的物相组成和断面形貌。实验结果表明：在烧结过程中石墨与陶瓷基体不发生化学反应,未发现有新相生成;片状石墨在复合材料中具有定向排列的特征,即片状石墨的c轴平行于成型压力方向;石墨/陶瓷复合导电材料的电阻率具有明显的各向异性;随着石墨掺量的增加,复合导电材料的电阻率随石墨掺量的增加而急剧减小;但是,当石墨掺量超过15 wt%时,复合材料电阻率的变化趋于平缓。     

石墨烯/纳米银导电油墨导电性能研究

目的制备出具有优异导电性能的石墨烯/纳米银复合材料,并作为导电填料,以提高导电油墨的导电性能。方法采用Hummers法制备氧化石墨烯,以葡萄糖作为还原剂,采用同步还原法制备石墨烯/纳米银,将石墨烯/纳米银复合物和纳米银按不同比例混合作为导电填料来制备导电油墨。通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱等分析测试方法表征了石墨烯/纳米银复合材料的微观结构和形貌,并通过四探针法对油墨的导电性进行检测。结果纳米银颗粒均匀地负载在石墨烯片层上,纳米银粒径约为35 nm;掺杂石墨烯/纳米银复合物质量分数为12%时,导电油墨的电阻率可达到1.08×10~(-7)?·m,导电性能提高约64%。结论制备的复合材料石墨烯呈片状,结构完好,添加到导电油墨中能明显提高导电性能。     

四针状ZnOw/树脂基复合材料导电性能的研究

用四针状ZnOw作为导电填料制备了电阻率为10^6-10^10Ω的导电或半导电聚氨酯／ZnOw,聚氨乙烯／ZnOw和天然橡胶／ZnOw复合材料,对其表面电阻和体积电阻进行了测试和分析。结果表明,四针状氧化锌晶须可以高效地降低高分子材料的电阻,通过分析和计算提出了树脂基／ZnOw复合材料导电通道形成所需四针状氧化锌晶须的临界体积含量Vc。对上述体系的导电机理分析结果表明,外电场作用下,复合体系中晶须针尖产生的电荷集中为普通球表粒子的400倍以上,当晶须间距离很小时,可能由于隧道效应产生漏电流而提高导电性。     

Cu/ABS复合导电梯度功能材料的制备和性能

借助HAAKE转矩流变仪,采用熔融共混法制备了一系列Cu粉含量不同的Cu/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)复合材料,采用多层叠压法制备了内部Cu粉含量逐渐变化的板状Cu/ABS复合导电梯度功能材料,并对其结构和性能进行了表征。结果表明,所制备导电梯度功能材料的性能与均质复合材料存在很大差异。电性能测试结果显示,随着Cu粉含量沿板材厚度方向的梯度增加,其导电性能发生逾渗转变,体积电阻率从一侧的1016Ω.cm降低到另一侧的105Ω.cm。弯曲性能测试表明,富含ABS树脂的一侧表现出较高的弯曲强度,仅比纯ABS的弯曲强度低6%;而富含填料的另一侧则表现出较高的模量,比纯ABS高约20%。实验证明,将导电复合材料做成梯度结构可以兼顾材料的导电性能和力学性能。     

导电相对压电复合材料吸声性能的影响

为了研究新型环境声学功能材料, 在压电导电原理的基础上, 制备了以不同含量炭黑为导电相, 以聚氯乙烯为基体材料, 以锆钛酸铅为压电相的压电导电吸声复合材料。通过对复合材料体系的动态力学、电学和声学性能的测试分析, 探讨了压电导电复合材料体系中压电吸声途径的耗能机制。结果表明, 添加体积含量4 %炭黑粉的压电复合材料具有最高的吸声性能。      

功能化石墨烯纳米带-纳米碳纤维/热塑性聚氨酯薄膜的制备及性能

利用溶液涂覆成膜工艺在涂膜机上制得功能化石墨烯纳米带-纳米碳纤维/热塑性聚氨酯(FGNRs-CNFs/TPU)复合材料薄膜。采用红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜对所得FGNRs-CNFs的结构与性能进行表征,并结合复合材料薄膜的氧气透过率和体积电阻率测试以及断面形貌观察,研究了不同含量的FGNRs-CNFs对TPU复合材料薄膜阻隔和抗静电性能的影响。结果显示,KH-550成功接枝在GNRs上,并且FGNRs附着在骨架CNFs上形成稳定的FGNRs-CNFs网络结构,这有利于其在TPU中均匀分散;相比于纯TPU薄膜,当FGNRs-CNFs质量分数为1%时,FGNRsCNFs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率降低了68.8%,阻隔性能得到大幅度提升;石墨烯纳米带与纳米碳纤维构建导电网络,当添加量为0.6%时,复合材料薄膜导电性能提升了7个数量级,表现出优良的室温导电性能。     

电弧放电法制备石墨烯及其在导电油墨中的应用

导电油墨是印刷电子技术中使用的关键电子材料, 而导电填料作为导电油墨的主要成分要求其化学性能稳定且电导率高。其中, 基于石墨烯的导电油墨因为其、透射电子显微镜、拉曼光谱等手段对制备的石墨烯进行了表征。结果表明: 直流电弧放电法制备的石墨烯为2~10层、尺寸在100~200 nm范围且纯度高、结晶性好。在此基础上, 研究了涂层厚度、热处理温度以及弯曲角度等对石墨烯导电油墨导电性能的影响。研究发现, 石墨烯导电油墨电阻率与涂层厚度、热处理温度成反比, 且随着厚度、温度的增加石墨烯导电油墨的电阻率逐渐降低。并且样品在柔性基底上经过不同角度的弯曲折叠后电阻率没有明显变化。当厚度为170 μm的样品经过360℃ (30 min) 热处理后, 石墨烯导电油墨的电阻率仅为0.003 Ω·cm。上述结果表明, 电弧法制备的石墨烯导电油墨有望成为未来印制电子领域的关键材料。     

多元碳纳米材料协同改性玻璃微珠/环氧树脂复合材料

采用静电自组装法制备了还原氧化石墨烯表面修饰中空玻璃微珠（rGO@HGB）,与导电炭黑（CB）、石墨烯纳米片（GNPs）一起与环氧树脂（EP）共混,制备了CB-GNPs-rGO@HGB/EP复合材料,并系统研究了复合材料的微观结构、导电性能和介电性能。结果表明,rGO@HGB的加入能够显著提高rGO@HGB/EP复合材料的导电性能和介电常数,进一步引入CB和GNPs后,形成了被rGO@HGB隔离的导电逾渗网络,rGO、CB和GNPs三者对提高CB-GNPs-rGO@HGB/EP复合材料性能具有协同作用。在CB与GNPs的总含量固定为0.2vol%,且二者的体积比为10:1时,CB-GNPs-rGO@HGB/EP复合材料的导电与介电性能最优,对应的体积电阻率为1.88×104 Ωcm,在1 kHz下的介电常数高达454.5,分别比CB-rGO@HGB/EP和GNPs-rGO@HGB/EP复合材料提高了11.3%和10.7%,而其介电损耗仅为0.065。      

碳纳米管导电网络结构对复合材料拉伸变形的响应性

基于碳纳米管(CNT)优异的导电能力和聚氨酯(PU)弹性体的大变形特性,原位聚合制备CNT/PU复合材料,并研究其在拉伸变形过程中CNT网络结构的演变,及其电学性能对拉伸应变的响应敏感性。结果表明,CNT/PU复合材料具有显著的电阻-应变响应敏感性,其在大应变范围(0～200%)内电阻率变化高达6个数量级以上,这与CNT导电网络在拉伸过程中的结构演变密切相关。复合材料在拉伸过程中的体积膨胀使得CNT体积分数随应变的增加而逐渐降低,当CNT含量低于渗流阈值时,CNT网络呈断开状态并导致复合材料电阻的急剧增加;此外,CNT含量对复合材料电阻-应变响应敏感性也有显著影响。CNT/PU复合材料电阻对拉伸应变的响应敏感性使得该材料可望应用于结构诊断、应变传感、安全监控、智能材料与结构系统等领域。