降低导电高分子复合材料渗流阈值的研究进展

基于导电复合材料的导电机理和渗流现象,总结了目前常用的几种降低导电高分子复合材料渗流阈值的方法,包括原位合成法、选择性富集、提高导电填料的长径比、导电填料自组装网络等,并分析比较了各种方法的基本原理和特点.     

聚乙烯基导电复合材料的研究

综述了近年来聚乙烯基导电复合材料研究进展,包括聚乙烯/炭黑、聚乙烯/石墨、聚乙烯/碳纳米管导电复合材料等,分析了聚乙烯基导电复合材料的导电机理,指出导电填料的种类及性质、基体材料、加工工艺均会对导电复合材料的性能产生影响。最后,研究了聚乙烯基复合材料的阻温效应,并对其应用前景进行了展望。     

渗流理论在复合型导电高分子材料研究中的应用

介绍了近年来渗流理论在导电复合材料机理研究中的应用和最新进展;系统分析了目前比较流行的几种渗流理论模型与实际研究体系的差异;提出了由于影响导电机理因素的多样性和复杂性,因而只有将各种理论模型有机结合,并通过对其进行进一步的修正、完善,才能对导电网络形成机制作出满意的解释.     

砂泥岩储层导电模型及影响因素

地层电阻率与含水饱和度之间的关系对于计算含水饱和度具有重要意义。首先,本文通过建立一般砂岩体积模型和砂泥岩体积模型,对砂泥岩导电性与一般砂岩导电性差异进行对比,分析得出砂泥岩电阻率变化的原因。其次,对目前已有的砂泥岩电阻率模型进行了归纳总结,通过对阿尔奇公式、W-S模型、双水模型、S-B模型、三水导电模型、改进印度尼西亚公式的对比讨论分析,明确各个导电模型的适用条件及局限性。最后,针对目前已有的砂泥岩储层导电模型,对未来的发展方向提出一些建议,为砂泥岩储层识别提供了理论分析基础。     

聚氨酯基压电阻尼复合材料阻尼性能的研究

用绝缘电阻测试仪研究了以聚氨酯(PPG2000)为基体材料,锆钛酸铅(PZT)为压电填料,导电炭黑(CB)为导电填料的压电复合阻尼材料的导电性能。以渗流理论分析了对于PPG2000导电炭黑的渗流阈值,以及PZT的加入对导电炭黑渗流阈值的影响。采用动态力学性能分析(DMA)技术对聚氨酯压电陶瓷复合阻尼材料的阻尼性能进行研究,分析了导电性能对其阻尼性能的影响。     

OMMT对PE–HD/CB导电复合材料电性能的影响

以炭黑(CB)为导电填料,高密度聚乙烯(PE–HD)为基体,有机蒙脱土(OMMT)为有机粒子,通过熔融共混法分别制备了PE–HD/CB与PE–HD/CB/OMMT导电复合材料,并研究了OMMT的加入对导电复合材料中CB分布的均一性及材料电性能的影响。研究发现,适当OMMT的加入可以改善CB在导电复合材料中的分布状态,在保持电性能的基础上降低导电复合材料的渗流阈值;当OMMT质量分数为3%时,PE–HD/CB/OMMT导电复合材料的渗流阈值为3.7%,与未添加OMMT的PE–HD/CB导电复合材料渗流阈值4.0%相比有所降低。在此基础上,选取PE–HD/CB导电复合材料(CB质量分数为5%)并测定其PTC强度为0.26;后加入质量分数为3%的OMMT,测得PE–HD/CB/OMMT导电复合材料(CB质量分数为5%)的PTC强度为0.79,后者有所提高。     

石墨填充PP-HDPE复合材料的电性能研究

采用聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯（HDPE）共混物为基体材料,以石墨为导电填料, 通过熔融共混法制备了导电复合材料。重点研究了石墨在两相基体中的分散情况以及复合体系的电学性能。扫描电镜测试结果表明:石墨粒子选择性的分散在共混物基体中,构成双渗流导电网络结构。电性能测试结果显示:在相同石墨含量下双基体体系的室温电阻率与GP/HDPE相比下降了1～4个数量级。同时,双渗流导电网络结构的存在部分消除了负温度系数（NTC）效应, 提高了热循环稳定性。     

PANI/PVDF-PEO复合材料的制备及性能研究

采用微乳液聚合法制备聚苯胺颗粒,并用流延法制备导电聚苯胺复合材料。利用SEM与TEM对导电聚苯胺形貌进行了分析,可知其尺寸为长100～200nm,宽30～50nm左右,形状为棒状。利用红外测试分析表明制备的聚苯胺为中间氧化态的聚苯胺。复合材料的介电性能测试说明导电聚苯胺的渗流阈值为0.13,此时介电常数与介电损耗均发生突变。本实验提高了复合材料的介电常数,在高储能密度电介质材料方面有广阔的应用。     

炭黑/环氧树脂复合材料导电行为的研究

分别采用不同的混合分散方法制备炭黑/环氧树脂(CB/EP)复合材料(CB牌号为F101、XE2,EP牌号为E-54、E-51和E-44),研究了制备工艺、CB用量和CB结构等对复合材料导电性能的影响。结果表明:不同方法制得的复合材料体积电阻率的大小依次为机械混炼法离心混合法超声分散法;CB/EP复合材料的导电性能随CB用量增加而显著提高,并且F101/E-54、XE2/E-54复合材料体系均表现出明显的导电渗流行为;CB结构对复合材料的导电性能影响较大,F101/E-54、XE2/E-54复合材料体系的导电渗流阈值分别为3.85%、0.47%。     

PE-UHMW/GNPs导电复合材料的制备和表征

采用超声溶液分散法制备出超高分子量聚乙烯/石墨烯(PE-UHMW/GNPs)导电复合材料,研究了该材料的导电渗流行为和阻-温特性。研究发现,PE-UHMW/GNPs导电复合材料的导电渗流阈值为3.8%,即当导电填料在体系中的质量分数达到3.8%时,材料内部逐渐形成较为完善的导电网络,从而实现其导电特性。研究和探讨了PE-UHMW/GNPs导电复合材料的正温度系数(PTC)效应和负温度系数(NTC)效应。研究发现,PE-UHMW/GNPs导电复合材料的PTC效应会随着GNPs含量的增加逐渐增强,当导电填料GNPs的添加量达到3.8%时,通过阻-温曲线可以观察到,PE-UHMW/GNPs导电复合材料具有最大的PTC强度和相对较低的室温体积电阻率。场发射扫描电子显微镜分析结果表明,GNPs和PE-UHMW之间的相互作用会随着热循环次数的不同而发生变化,最终会影响到材料的PTC效应。     

高介电常数硅橡胶复合材料的制备研究

研究了以绝缘硅橡胶和导电硅橡胶为主体材料,采用不同配比进行混炼,制备的力学性能和电性能不同的硅橡胶复合材料。这些硅橡胶复合材料能满足不同电压等级要求的介电常数、介质损耗、击穿强度和力学性能等。测试结果表明,由于渗流效应,随着绝缘硅橡胶中导电硅橡胶的含量不断增加,所制备的硅橡胶复合材料的介电常数不断变大。同时,在渗流阈值附近,硅橡胶复合材料的介电常数有了极大的提高。当导电硅橡胶的含量为40%左右时,硅橡胶复合材料的介电常数达到了20.8,为纯绝缘硅橡胶体介电常数的8~10倍,同时材料的介电损耗仍保持较低值。这表明传导机理对材料的介电常数的提高起到了很重要的作用。     

环氧树脂/碳纳米管复合材料制备及导电性能研究进展

简要介绍了环氧树脂/碳纳米管复合材料的组成以及碳纳米管在环氧树脂中的分散方法;综述了环氧树脂/碳纳米管复合材料的制备方法,包括溶液浇铸法、原位聚合法、化学改性法、混合固化剂辅助叠层法和树脂传递模塑法;总结了国内外对环氧树脂/碳纳米管复合材料导电性能的研究现状,并分析了影响其导电性能的因素,包括碳纳米管的比表面积、表面功能化和制备方法,剪切速率及固化条件等。     

高分子基导电复合材料非线性导电行为及其机理（Ⅰ）——导电通道理论

简述了高分子基导电复合材料非线性导电行为的概念,详细讨论了高分子基导电复合材料非线性导电行为的机理——导电通道理论,并分析比较了统计逾渗模型、界面热力学模型、有效介质理论等不同理论模型之间的适用范围及其优点与不足。     

高阻抗超高性能混凝土的交流阻抗特性及其等效电路模型

为预防地铁运营产生的杂散电流对混凝土结构造成腐蚀损伤,制备出28d电阻率大于3kΩ/m且抗压强度大于120 MPa的地铁工程用高阻抗超高性能混凝土(HI-UHPC),通过交流阻抗谱揭示了不同因素对HI-UHPC交流阻抗性能的影响,最终提出了适用于HI-UHPC的等效电路模型。结果表明:钢纤维和PVA乳胶粉的掺入可显著提高HI-UHPC的抗压强度。普通水泥基材料的高频弧在水化10 h时出现,HI-UHPC的高频弧则在水化1 h时出现。钢纤维会使HI-UHPC内部形成钢纤维搭接而成的导电通道,增加自由电子转移的可能并降低基体体积电阻。PVA乳胶粉在HI-UHPC内部会形成基体-PVA乳胶粉膜界面并改变孔结构,减少其内部的有效导电路径,最终提高HI-UHPC的阻抗。HI-UHPC的等效电路模型由连通导电路径、不连通导电路径以及绝缘路径组成。随着龄期的增长,水化产物和聚合物膜逐渐形成,基体内自由水被消耗,孔隙结构逐渐致密,导致孔隙中载流子的传输通道被阻断,使得连通导电通道的电阻和非连通导电通道的电阻逐渐变大,而非连通导电通道的电容和绝缘导电基体的电容逐渐减小。     

高密度聚乙烯导电复合材料介电性能的研究

用熔融共混和热压工艺制备了CB/HDPE,MWNT/HDPE聚合物基复合材料,研究了填料体积含量,测试电压,填料形貌尺寸对复合体系介电性能的影响.实验表明,当导电填料含量达到渗流阈值附近时复合材料的介电常数达到最大,测试电压达到一定值时,渗流阈值附近的复合材料介电损耗会迅速增加,相同填料体积含量的MWNT/HDPE复合体系比CB/HDPE体系具有更高的介电常数,利用渗流理论、Maxwell-Wagner界面极化效应和微电容模型解释了实验现象.     

微螺旋碳纤维/高密度聚乙烯复合材料电渗流行为及机制

以微螺旋碳纤维(CMCs)作为复合材料的导电填料,以高密度聚乙烯(HDPE)作为复合材料的基体树脂,研究了CMCs/HDPE基复合材料的电渗流行为、渗流阈值附近复合材料的导电机制。结果表明:CMCs/HDPE复合材料存在明显的渗流行为,其渗流阈值为6.28%(CMCs的体积分数)或9.77%(CMCs的质量分数);当CMCs的体积分数接近于渗流阈值时,CMCs/HDPE复合材料的导电方式由隧道效应所致。     

树脂结合陶瓷/炭复合耐火材料的导电机理

通过对不同电压、不同碳含量与不同热处理温度下树脂结合陶瓷／炭复合导电耐火材料的导电性能分析,建立了陶瓷／炭复合导电耐火材料的导电网络模型     

炭黑/环氧树脂复合材料的制备及电性能研究

介绍了以二氧化硅为分散剂的炭黑/二氧化硅/环氧树脂基复合材料的组成、制备、导电机理,渗流阈值及PTC效应。分析了影响其PTC效应的因素,包括炭黑粒子、聚合物基体以及材料的加工工艺等。     

聚醚聚氨酯/NaClO4/硬段模型化合物的离子导电性能

利用溶液聚合的方法合成了聚醚聚氨酯（PEG－PU）和硬段模型化合物（HD），并以此二者和高氯酸钠为组分，制备了新型聚合物固体电解质。运用傅里叶变换红外吸收光谱、拉曼吸收光谱和交流复阻抗谱对该体系中聚合物－离子之间相互作用和离子导电性能进行了研究。结果表明：PEG－POU－5HD／NaClO4体系聚氨酯中羰基和醚氧基与钠离子之间存在络合竞争；体系的电导率随着温度的上升而提高，且在25－100℃导电行为符合Arrhenius公式；由于硬段模型化合物的加入导致体系离子电导率与盐浓度之间的关系较为复杂。     

环氧树脂/多壁碳纳米管导电复合材料研究

采用不同氧化性的酸对多壁碳纳米管(MWNTs)进行处理,制备了环氧树脂(EP)/MWNTs导电复合材料.研究表明,少量的MWNTs就能使EP的导电性能有很大的提高;HNO3>酸化处理不仅可在MWNTs表面引入活性基团并将MWNTs截短到合适的长度,改善其在树脂中的分散性,而且能有效去除非晶碳杂质,提高MWNTs的导电性,使EP/MWNTs复合材料的导电性能最好,渗流阈值只有0.5%左右;未处理的MWNTs在EP中的分散性较差,复合材料的渗流阈值为1.3%左右;而经混酸酸化处理的MWNTs中存在许多缺陷,且MWNTs的长度变得太短,复合材料的导电性能最差,渗流阈值为1.6%左右.