Ni/硅橡胶复合材料压敏性及介电性质

采用不同粒径Ni粉与硅橡胶(110型)按质量比2.8∶1制成Ni/硅橡胶复合材料,测量其压敏导电性及介电性质。结果表明,填料粒径300 nm的Ni/硅橡胶复合材料导电压敏性显著减小,交流电导率、介电常数、介电损耗也变小,且随频率基本没有变化。当粒度很小时,金属颗粒会由导体向绝缘体转变且与温度有关。实验表明,常温下金属镍粉在亚微米尺度就会有显著的小尺寸效应。金属高分子复合材料的研究为探讨金属填料的小尺寸效应提供了一种简便、有效的方法。     

磁场对Ni/硅橡胶复合材料交流电导率及介电性质的影响

采用硅橡胶（110型）与金属（镍粉）按质量比为1∶2.7进行配料, 应用室温二次固化合成Ni/硅橡胶压敏复合材料样品。室温下测量了样品的压阻效应, 比较了外加0.024 T磁场前后样品的介电性质。结果表明, 当压强从3.75kPa到312.5kPa时, 样品直流电阻率下降了8个数量级。与加磁场前相比, 0.024T的磁场使得低频(40~104Hz)交流电导率提高了2.46倍, 介电常数提高了20%, 介电损耗提高了2倍, 这主要是由复合材料中铁磁绝缘体铁磁颗粒膜的隧道磁电阻效应以及磁电耦合引起的。撤去磁场后交流电导率、介电常数和介电损耗均不能回到加磁场前的初始值, 这与Ni粉的铁磁性有关。Ni/硅橡胶压敏复合材料的压阻、 磁电阻效应及磁电耦合等物理性质在磁传感器件、 信息储存等领域有潜在的应用价值。      

Ni/硅橡胶复合材料的压敏与介电特性

采用硅橡胶(110型)与金属(Ni粉)按质量比1∶2配料,经过特殊的制备工艺,合成金属Ni/硅橡胶高分子复合材料。分别测量样品的压敏效应和介电特性。结果表明：在不同应力作用下,样品的电阻从1 ×1012 Ω降到10Ω, 其变化范围为11个数量级;在恒应力作用下,样品的电阻随时间的增加而减小,表现出“电阻蠕动”现象;室温下,样品的电容和介电损耗都随频率的增加而减小,随应力的增加而增大 , 其原因是在样品中形成了以高分子为绝缘层、金属 Ni粉为导电填料的相互隔离且平行的超电容网络微观结构。在外力作用下,这种微观结构中每一个电容单元的间距逐渐减小而电容逐渐增大,致使样品的电容有大幅度增加;介电损耗是由于样品的电阻率减小,电导增大,使部分电能转化为热能。     

直流磁控溅射铝纳米颗粒膜的微结构及电学特性

采用直流磁控溅射法,以高纯铝(99.99%)为靶材,高纯氩气(99.999%)为起辉气体,在经机械抛光的单晶Si衬底上制备铝纳米颗粒薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、光学薄膜测厚仪、扫描电子显微镜(SEM)和四探针测试仪分别测试了铝纳米颗粒薄膜的晶相结构、薄膜厚度、表面形貌及电阻率。XRD衍射图谱表明此薄膜为面心立方的多晶结构,择优取向为Al(111)晶面。随溅射功率由30 W增至300 W,铝纳米颗粒薄膜的沉积速率由3.03 nm/min增加至20.03 nm/min;而随溅射压强由1 Pa增加至3 Pa,沉积速率由2.95 nm/min降低到1.66 nm/min。在溅射功率为150 W,溅射压强为1.0 Pa条件下制备的样品具有良好的晶粒分布。随溅射功率从80 W增大到160 W,样品电阻率由4.0×10-7Ω·m逐渐减小到1.9×10-7Ω·m;而随溅射压强从1 Pa增至3 Pa,样品电阻率由1.9×10-7Ω·m增加到7.1×10-7Ω·m。     

短纤维/ABS树脂复合材料导电导热性能研究

以沥青基短纤维为填料、ABS树脂为基体,采用热压成型工艺制备了短纤维/ABS树脂复合材料,研究了短纤维在复合材料中的分散形貌及其含量和长度对复合材料导电、导热和抗冲击性能的影响。研究结果表明:短纤维在复合材料中分散较为均匀,可以形成较好的导电和导热网络。复合材料沿垂直热压方向的室温电阻率和热导率随短纤维含量和长度的增加而分别呈降低和升高趋势,其电阻率具有明显的"渗逾"现象,添加0.5mm长的纤维粉的复合材料的导电突变用量约为13wt.%,其电阻率为0.6Ω·m,而填充长度为3mm和6mm短纤维的复合材料的渗逾值约为11wt.%,相应电阻率降低至9.0×10-3Ω·m和1.0×10-3Ω·m。当3mm长短纤维含量为29wt.%时,复合材料的室温热导率为23.3W/m·K,较纯ABS树脂提高了136倍。     

碳化钛/环氧树脂纳米复合材料的介电性能研究

采用溶液混合随后热压的方法制备了TiC/epoxy纳米复合材料.运用渗流阈值理论解释了TiC/epoxy复合材料的介电行为.研究了复合材料介电常数与填料体积百分比含量和测试频率的关系.结果表明:当TiC体积百分比含量为0.192时,复合材料的介电常数高达214(103Hz).复合材料介电常数在高测试频率范围(104～106Hz)不随频率的变化而改变.     

具有超高介电常数的海绵/炭黑-硼酸盐/硅橡胶复合材料

通过浸渍法制备了密胺海绵(MS)/导电炭黑-硼酸盐(CB@B)复合物,并进一步真空灌注硅橡胶(SR)后制备了MS/CB@B/SR复合材料。使用XRD、SEM对复合材料的物相、微观结构进行表征并测试了其导电与介电性能、压敏特性和吸波性能。研究发现,CB@B复合物利用MS模板在复合材料内部构建了三维逾渗网络,其导电逾渗阈值为1.48%(体积分数),CB与B对提高复合材料性能具有显著的协同作用。随着CB浓度提高,复合材料的导电性和介电常数逐步提高,当CB浓度为14 mg/mL时,复合材料的体积电阻率最低可达到6.7×10~4Ω·cm,介电常数在1 kHz时高达1.67×10~4,当样品厚度为3 mm时,在30.97 GHz处出现最低反射率(RL=-33.17 dB),吸波带宽(RL-10 dB)为5.38 GHz。当CB浓度为10 mg/mL时,复合材料的电阻和介电常数还表现出较高的压缩应变灵敏度。     

石墨烯/尼龙66导电纳米复合材料的制备与性能研究

通过溶液共混法制备了石墨烯(G)/尼龙66(PA66)复合材料,通过热压得到了导电纳米复合材料试样。改变石墨烯在尼龙66中的含量,制备了不同比例的G/PA66复合材料,通过室温电导率测试发现,当石墨烯含量达到1.338%(体积分数)时,复合材料的直流体积电导率上升到9.72×10~(-3)S/m,导电渗流阚值为0.734%(体积分数);复合材料的交流体积电导率和介电常数也随石墨烯含量的上升而增加。研究表明:分散良好的石墨烯显著提高了复合材料的导电性。采用扫描电镜(SEM)、万能力学试验机及热重分析仪(TGA)对复合材料的微观形貌、力学性能、热稳定性进行了研究。结果表明,复合材料的拉伸模量升高,热稳定性增强。     

Ni/PVDF复合薄膜电性能的拉伸改性

为了进一步研究聚合物基复合材料的拉伸效应,采用简单的物理混合法制备了Ni/PVDF复合薄膜并在120℃下进行拉伸改性研究。结果表明：镍含量远低于渗流阈值的样品,通过拉伸实现了与渗流效应类似的介电常数剧增的拉伸渗流效应;在伸长倍数为2.3时介电常数急剧增大,最大增幅17倍(12→220),同时电导率也增大了4～5个数量级,薄膜有绝缘体向导体转变的趋势。介电常数随拉伸倍数增加而大幅增加,是因为复合薄膜中的镍颗粒在外力拉伸作用下,其分布、微观结构逐步发生变化,以致形成了杆状镍颗粒群和微平行电容器结构等导电网络,发生拉伸渗流效应;同时,电导率的大幅增加也符合渗流理论的特征。     

(1-x)CaTiO_3/xNi_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4复合材料的制备及其性能

采用固相反应法合成了(1-x)CaTiO3/xNi0.5Zn0.5Fe2O4(0≤x≤1.0)复合材料,并研究了复合材料的物相、微观结构、介电性能和磁性能。结果表明:样品中仅含有钙钛矿型CaTiO3和尖晶石型Ni0.5Zn0.5Fe2O4。1260℃保温3h,样品相对密度达到98.91%,颗粒尺寸约为2μm。样品介电常数随Ni0.5Zn0.5Fe2O4含量(x)增加而增大。当x=0.7、测试频率为103 Hz时,样品介电常数(εr)和介电损耗(tanδ)分别为2629.18和1.74。(1-x)CaTiO3/xNi0.5Zn0.5Fe2O4复合材料显示磁性。其中x=0.7时,样品饱和磁化强度(Ms)达到49.07A·m2/kg;这归因于Ni0.5Zn0.5Fe2O4具有优异的磁性能。     

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料。研究导电橡胶中炭黑质量分数对电阻温度系数的影响,并用填料对电阻温度系数的影响。以隧道效应理论为基础,给出了导电炭黑填充橡胶的电阻温度系数计算模型,结合实验得到温度对导电炭黑/硅橡胶电阻温度系数的影响主要体现在对其电阻率的影响;基体的体积热膨胀提高复合材料的电阻率,提高了正电阻温度系数;炭黑粒子间的隧道效应降低复合材料的电阻率,增强了负电阻温度系数;在炭黑/硅橡胶中加入少量碳纳米管,利用碳纳米管和炭黑的协同补强效应,使复合材料的导电性和稳定性提高。     

超导YBa2Cu3O7 +δ/硅橡胶复合材料的压敏与介电特性

采用YBa₂Cu₃O_{7 +δ}(简称YBCO)多晶陶瓷超导粉末与硅橡胶(110型)按不同质量比进行配料,经过特殊的制备工艺,合成不同含量的超导 YBCO/硅橡胶高分子复合材料,分别测量样品的压敏效应和介电特性。结果表明,在不同应力作用下,样品电阻值的变化范围在1～4个数量级。样品电阻值随测量温度的降低(300~50K)呈下降趋势,测量温度降到90K时,样品电阻值发生突变,但在9050K没有观察到超导零电阻现象。室温下,样品的介电常数随频率的增加(1 kHz~5 MHz)而减小,介电损耗随测量频率的增大先增大后减小。随着YBCO含量的增加,形成的超电容网络微观结构也就越多,样品的电阻逐渐减小电流加大,导致超电容中电解质的极化强度有所增加,两者共同作用的结果导致样品的介电常数、介电损耗均随着YBCO含量的增加而增大。     

超导YBa_2Cu_3O_(7+δ)/硅橡胶复合材料的压敏与介电特性

采用YBa_2Cu_3O_(+δ)(简称YBCO)多晶陶瓷超导粉末与硅橡胶(110型)按不同质量比进行配料, 经过特殊的制备工艺, 合成不同含量的超导YBCO/硅橡胶高分子复合材料, 分别测量样品的压敏效应和介电特性. 结果表明, 在不同应力作用下, 样品电阻值的变化范围在1～4个数量级. 样品电阻值随测量温度的降低(300~50 K)呈下降趋势, 测量温度降到90 K时, 样品电阻值发生突变, 但在90~50 K没有观察到超导零电阻现象. 室温下, 样品的介电常数随频率的增加(1 kHz~5 MHz)而减小, 介电损耗随测量频率的增大先增大后减小. 随着YBCO含量的增加, 形成的超电容网络微观结构也就越多, 样品的电阻逐渐减小电流加大, 导致超电容中电解质的极化强度有所增加, 两者共同作用的结果导致样品的介电常数、介电损耗均随着YBCO含量的增加而增大.     

自感知镍纳米线/水泥基复合材料的制备及压敏性能

通过多孔氧化铝模板交流电沉积的方法制备了镍纳米线,以镍纳米线为导电填料、聚羧酸减水剂为分散剂,首次制备了新型的自感知镍纳米线/水泥基复合材料。通过SEM、TEM和XRD测试方法,研究了镍纳米线与镍纳米线水泥基复合材料的显微结构,与此同时,用四电极伏安法研究了镍纳米线水泥基复合材料的渗流阈值和压敏性。结果显示：所得的镍纳米线直径约为65 nm,长径比约为50;聚羧酸型减水剂能有效提高镍纳米线的分散性;水泥基复合材料的电阻率随镍纳米线的掺量增加呈现渗流特性,渗流阈值为0.5vol%;掺加1.0vol%镍纳米线的水泥基复合材料的应变灵敏度系数高达509.2,远高于电阻应变片的2.0,适用于混凝土结构应力监测的传感元件。     

颗粒粒度分布对树脂基磁致伸缩复合材料性能的影响

已有研究在Terfenol-D颗粒粒径及粒度分布对树脂基磁致伸缩复合材料性能的影响规律上存在分歧。本文中以Terfenol-D为磁致伸缩颗粒,以不饱和聚酯树脂为基体,采用5 种窄分布颗粒(30～53μm、53～150μm、150～300μm、300～450μm、450～500μm)和1种宽分布颗粒(30～500μm)制备颗粒体积分数为20 %的磁致伸缩复合材料,并测试其动静态磁致伸缩系数、磁机械耦合系数、弹性模量及抗压强度等性能参数。在窄分布颗粒制备的试样中,以53～150μm制备的复合材料的磁致伸缩性能最佳;而采用宽分布颗粒制备的试样其性能优于窄分布颗粒制备的试样。该结果表明,增大颗粒粒径同时具有积极作用与消极作用, 其对复合材料磁致伸缩性能的影响取决于哪一个居主导地位。      

纳米氧化锌对液体硅橡胶导热性能的改进研究

以直接沉淀法合成了纳米氧化锌(ZnO),使用硅烷偶联剂对其进行表面改性,并制备了纳米ZnO与液体硅橡胶的复合材料,对改性前后纳米ZnO的结构进行了表征,并对复合材料的相关性能进行了研究。结果表明:通过接枝反应,硅烷偶联剂可以接枝到纳米ZnO表面,改性前后ZnO的晶型不发生变化;在较低添加量的情况下,纳米ZnO可以在一定程度上提高液体硅橡胶的力学性能,当添加量为2%时,改性前后纳米ZnO制备的液体硅橡胶复合材料的导热系数可以从0.189W/m.K分别提高到0.506W/m.K和0.61W/m.K。     

具有优异力敏特性的纳米Fe50Ni50粉体/丁基橡胶复合材料薄膜

为开发力敏性能更为优异的复合材料薄膜,首先,通过液相还原法制备了粒径约为100 nm的纳米Fe50Ni50粉体,并通过液态混合分散工艺将纳米粉体与丁基橡胶(IIR)混合分散;然后,通过机械混炼及压制得到了粉体分布均匀、含量为65wt%的纳米Fe50Ni50粉体/IIR复合材料薄膜;最后,研究了在连续加载/卸载速度为0.10 mm/min、测试频率为1 kHz的条件下,纳米Fe50Ni50粉体/IIR复合材料薄膜的力敏特性。结果表明:液态混合分散工艺可使Fe50Ni50粉体在复合材料薄膜中达到纳米级均匀分散效果;当压应力为0.20~0.90 MPa时,薄膜越厚,其标准偏差越大,力敏稳定性越差;随压应力增大,厚度为185μm的薄膜在加载阶段的阻抗近似线性下降,力敏灵敏度稳定在40~60范围内,标准偏差约为1~2。所得结论表明在压应力为0.20~0.90 MPa时,制备的薄膜具有优异的力敏特性。      

Ce对Na0.5Bi0.5TiO3粉体的掺杂和扩渗改性研究

为改善Na0.5Bi0.5TiO3材料的电性能,采用溶胶-凝胶法制备了Na0.5Bi0.5TiO3粉体.通过液相Ce掺杂和气相Ce扩渗两种方法,对Na0.5Bi0.5TiO3粉体进行了改性,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、阻抗分析仪和电阻仪对改性前后Na0.5Bi0.5TiO3粉体的组成、结构和电性能的变化进行了研究.结果表明:Ce元素的添加有助于Na0.5Bi0.5TiO3粉体电阻率的降低,而扩渗改性使电阻率的降低更为显著,经600℃扩渗的Na0.5Bi0.5TiO3粉体的电阻率由3.71×106Ω.m降至2.39×101Ω.m;稀土Ce掺杂使Na0.5Bi0.5TiO3的介电常数减小,而Ce扩渗使Na0.5Bi0.5TiO3的介电常数显著增大;Ce掺杂使粒径更加均匀,而随着气相扩渗温度的提高,晶粒粒径逐渐变大;Ce掺杂没有改变Na0.5Bi0.5TiO3的主晶相结构,但Na0.5Bi0.5TiO3粉体经Ce扩渗后,出现了单质Bi及Bi2Ti2O7、Na2Ti9O19、Na2Ti6O13的特征峰.