脱掺杂聚苯胺纳米纤维/低密度聚乙烯复合材料的制备及介电性能

采用苯胺单体与氧化剂"迅速混合"的聚合方法制备了盐酸掺杂的聚苯胺(PANI)纳米纤维,后经氨水脱掺杂得到脱掺杂聚苯胺纳米纤维,利用扫描电子显微镜观察了脱掺杂PANI纳米纤维的形貌。通过熔融共混的方式配制出不同PANI用量的脱掺杂PANI纳米纤维/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料,采用傅里叶变换红外光谱研究了纳米复合材料的结构,并测量了不同温度、不同PANI用量的脱掺杂PANI纳米纤维/LDPE复合材料的电导率、击穿强度和不同频率下相对介电常数及介电损耗。研究结果表明,实验得到了直径均一的脱掺杂PANI纳米纤维;添加适量的脱掺杂PANI纳米纤维的LDPE复合材料电导率降低;添加少量脱掺杂PANI纳米纤维复合材料的击穿强度没有降低;复合材料的相对介电常数先降低后增大,但介电损耗一直在增大。     

无机纳米ZnO或蒙脱土颗粒掺杂对低密度聚乙烯介电性能的影响

选择在低密度聚乙烯（LDPE）中掺杂无机纳米ZnO和蒙脱土（MMT）颗粒,探讨不同形态无机纳米颗粒对LDPE介电性能的影响。利用熔融共混法配合不同冷却方式制备不同结晶形态的纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料。通过FTIR、偏光显微镜（PLM）、SEM、DSC和热刺激电流（TSC）对试样进行表征,并。研究了纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料的交流击穿特性,结果表明：掺杂适当质量分数并经表面修饰的无机纳米颗粒可有效的避免其团聚现象,提高纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料的结晶速率,使结晶结构更完善,同时无机纳米颗粒掺杂使LDPE的陷阱密度和深度均有所增加,载流子入陷在试样内部形成界面"局域态"。经油冷却方式制备的纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料击穿场强比空气自然冷却分别高13.6%和14.4%,当掺杂纳米粒子质量分数为3wt%时,复合材料击穿场强出现最大值,其中纳米ZnO/LDPE复合材料比MMT/LDPE复合材料的击穿场强值高0.68%;电导率试验结果表明：纳米ZnO/LDPE复合材料电导率比MMT/LDPE复合材料低。介电性能测试表明,在1~10⁵ Hz的测试频率范围内,纳米ZnO/LDPE复合材料和MMT/LDPE复合材料介电常数降低,介质损耗角正切值有所提高。     

导电聚苯胺纳米纤维对聚乙烯/炭黑复合体系电阻行为的影响

采用水溶液氧化聚合和热掺杂相结合的技术制备十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺(PANI-DBSA)纳米纤维,并将PANI-DBSA纳米纤维与低密度聚乙烯(LDPE)和炭黑(CB)进行熔融共混制得PANI-DBSA/LDPE/CB导电复合材料,研究了PANI-DBSA纤维的引入对导电复合材料电阻行为的影响。结果表明,添加PANI-DBSA纳米纤维,复合材料的逾渗阀值移向较低炭黑含量,复合材料的PTC强度得到一定程度的提高,复合材料的电阻率-温度曲线的热循环稳定性得以改善。     

4,4′-双(2-磺基苯乙烯基)联苯二酸掺杂聚苯胺的研究

采用4,4′ 双(2 磺基苯乙烯基)联苯二磺酸(BSBD)掺杂本征态的聚苯胺,得到BSBD掺杂的聚苯胺(PANI/BSBD),探讨了掺杂温度、掺杂酸用量对PANI/BSBD电导率和溶解性的影响。结果表明,提高掺杂温度有利于提高PANI的掺杂程度和电导率,但过高的温度会引起PANI/BSBD的部分脱掺杂,电导率下降。增加BSBD的用量也可提高PANI的掺杂程度,提高PANI/BSBD电导率;但过量的游离BSBD会以固体杂质形式析出,使PANI/BSBD电导率下降。在90℃下,PANI链中亚胺氮(-N=)原子与掺杂酸中H+之比为1时,电导率达到最大值1.0×10-2S/cm。紫外可见光光谱(UV Vis)分析表明,随BSBD用量的增大和掺杂温度的提高,表征醌式结构的吸收峰强度逐渐下降,同时有一定红移,表明PANI/BSBD掺杂率的升高。傅立叶变换红外光谱(FTIR)表明,随着BSBD用量的增加,掺杂态聚苯胺的特征峰位置向低频移动,掺杂主要发生在-N=原子上。     

4,4''''-双(2-磺基苯乙烯基)联苯二酸掺杂聚苯胺的研究

采用4,4'-双(2-磺基苯乙烯基)联苯二磺酸(BSBD)掺杂本征态的聚苯胺,得到BSBD掺杂的聚苯胺(PANI/BSBD),探讨了掺杂温度、掺杂酸用量对PANI/BSBD电导率和溶解性的影响.结果表明,提高掺杂温度有利于提高PANI的掺杂程度和电导率,但过高的温度会引起PANI/BSBD的部分脱掺杂,电导率下降.增加BSBD的用量也可提高PANI的掺杂程度,提高PANI/BSBD电导率;但过量的游离BSBD会以固体杂质形式析出,使PANI/BSBD电导率下降.在90℃下,PANI链中亚胺氮(-N＝)原子与掺杂酸中H+之比为1时,电导率达到最大值1.0×10-2S/cm.紫外可见光光谱(UV-Vis)分析表明,随BSBD用量的增大和掺杂温度的提高,表征醌式结构的吸收峰强度逐渐下降,同时有一定红移,表明PANI/BSBD掺杂率的升高.傅立叶变换红外光谱(FTIR)表明,随着BSBD用量的增加,掺杂态聚苯胺的特征峰位置向低频移动,掺杂主要发生在-N＝原子上.     

纳米粒子形貌对聚吡咯/LDPE纳米复合材料直流介电性能的影响

为了研究不同微观形貌的纳米导电粒子对低密度聚乙烯(LDPE)直流介电性能的影响,本文采用软模板法制备了直径约100 nm的聚吡咯(PPy)纳米球和纳米线,并将其与LDPE熔融共混制备得到了PPy/LDPE纳米复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了PPy纳米粒子的微观形貌及其在PPy/LDPE纳米复合材料中的分散结构,并测试了复合材料的结晶度、空间电荷分布、介电谱、不同温度下的直流电导电流及直流击穿强度等介电性能。结果表明：PPy纳米粒子的加入可以提高LDPE的结晶度,抑制LDPE中空间电荷的累积,降低其相对介电常数、直流电导电流和直流击穿强度,其中PPy纳米球的加入可在不同温度下使LDPE直流电导电流降低1个数量级以上,而对其直流击穿强度的影响较小,并且在较高温度下可将LDPE的直流击穿强度提升4.4%。PPy纳米球对LDPE绝缘材料直流介电性能的改善效果要优于PPy纳米线。     

CoFe_2O_4/PVDF复合材料介电和磁性能研究

为增强聚偏氟乙烯(PVDF)的介电性能和磁性能,以湿法化学法合成的纳米铁酸钴(CoFe_2O_4)和PVDF为原料,通过粉末热压法制备了CoFe_2O_4/PVDF复合材料,并对其介电性能和磁性能进行了研究。结果表明,成功合成了纳米CoFe_2O_4,CoFe_2O_4在PVDF基体中分散均匀;与纯PVDF相比,随CoFe_2O_4掺杂量的增加,复合材料的介电常数、电导率、损耗因子均逐步增大;12%(wt,质量分数)CoFe_2O_4掺杂量时,复合材料的介电常数达18.7,介电损耗仅为0.11;复合材料为硬磁材料;复合材料的击穿电压与击穿场强随CoFe_2O_4掺杂量的增加先增大后减小。     

KH-SiO2/PES/BMI-F51复合材料的介电性能

采用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)修饰纳米二氧化硅(nano-SiO2)获得改性纳米二氧化硅(KH-SiO2)。以酚醛环氧树脂(F51)和双马来酰亚胺(BMI)作为基体,添加4%(质量分数,下同)聚醚砜(PES)和不同含量(0.5%~2.5%)的KH-SiO2,制备KH-SiO2/PES/BMI-F51多相复合材料。红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和透射电镜结果表明:纳米SiO2表面修饰效果良好,纳米粒子团聚倾向减弱,粒径减小,比表面积增大。介电性能测试结果表明:随着KH-SiO2掺杂量的增加,材料的介电常数先降低后升高,介电损耗没有明显变化,体积电阻率和击穿强度先升高后降低。当KH-SiO2掺杂量为1.5%时,10Hz下介电常数和介电损耗角正切分别为4.55和0.0029,体积电阻率和击穿强度分别为1.74×10^14Ω·m和29.11kV/mm,比树脂基体提高了68.9%和35.9%。     

纳米ZnO/低密度聚乙烯复合材料的介电特性

为探讨纳米ZnO/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料的介电特性,首先,采用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对纳米ZnO进行改性,并利用两步法制备了不同纳米ZnO质量分数、不同纳米ZnO粒径、不同纳米ZnO表面修饰方式和不同冷却方式的纳米ZnO/LDPE复合材料;然后,通过FTIR、SEM、DSC和热激电流（TSC）测试了纳米ZnO在基体中的分散情况、复合材料的等温结晶过程参数变化及陷阱密度;最后,在不同实验温度下分别进行了交流击穿、绝缘电导率、介电常数和空间电荷实验。结果表明:纳米ZnO的加入使纳米ZnO/LDPE复合材料内部陷阱深度和密度均有所增加;当纳米ZnO的粒径为40 nm且质量分数为3%时,复合材料的结晶速度最快,纳米ZnO在基体中的分散性较好,击穿场强达到最高值133.3 kV/mm,电导率及介电常数也相对较低,加压时复合材料内部空间电荷少,短路时释放电荷速度快,介电性能较好;由于纳米粒子增加了材料内部的热传导速率,降低了复合材料随着温度升高而降解的速度,因而相对于纯LDPE,随着实验温度的提高,纳米ZnO/LDPE复合材料的击穿场强下降幅度及电导率上升幅度均较小。      

功能磺酸掺杂聚苯胺的电导率及其光谱特征研究

合成了十二烷基苯磺酸(DBSA)、磺基水杨酸(SSA)和对甲苯磺酸(TSA)掺杂的导电聚苯胺样品:PANI/DBSA,PANI/SSA,PANI/TSA.用四探针法测定其电导率,研究不同功能磺酸掺杂对聚苯胺电导率的影响,分析它们的FT-IR光谱、UV-VIS光谱吸收及NIR光谱反射现象及其变化.结果表明,功能磺酸掺杂剂的对阴离子尺寸大小影响其掺杂PANI的电导率和光谱特征,PANI/DBSA的对阴离子尺寸大于PANI/SSA,PANI/TSA,其电导率、FT-IR和UV-VIS图谱红移量都相对PANI/SSA,PANI/TSA大.同时不同功能磺酸掺杂聚苯胺的NIR光谱反射率为:PANI/DBSA＞PANI/SSA＞PANI/TSA.     

间甲酚和磺酸对聚苯胺“协同掺杂”作用研究

将甲酚作为一种掺杂剂与传统掺杂剂对聚苯胺(PANI)进行共同掺杂,并通过改变甲酚掺杂量和掺杂方式,制备得到一系列甲酚、磺酸共同掺杂PANI。测定了掺杂产物的电导率、结晶度和热稳定性,结果表明,甲酚和磺酸共同掺杂使PANI的分子链构像由卷曲变得更加舒展,从而使其电导率提高。在掺杂的同时加入间甲酚,且甲酚和本征态聚苯胺(EB)的摩尔比为0.2∶1所得PANI的电导率达到32.5S/cm。共同掺杂还使所得PANI的结晶度增大,热稳定性提高。     

尼龙6/粘土聚合物纳米复合材料的性能表征——(I)电性能研究

使用Haake-90型双螺杆挤出机制备一系列粘土含量不同的尼龙6/粘土纳米聚合物复合材料,测试其介电常数、介电损耗、介电稳定性能以及电击穿强度,并讨论了粘土含量对纳米复合体系电性能的影响。研究发现,加入纳米粘土后材料的介电常数、介电损耗明显减小,同时介电稳定性能有了大幅度提高,但电击穿强度无明显变化。     

纳米导电聚苯胺的微观表征及其电磁性能

本文采用原位溶液聚合法制备纳米尺寸的盐酸掺杂聚苯胺粒子,通过FT-IR、XRD、TEM和SEM等手段对其进行微观表征,并且综合考察了不同含量掺杂态聚苯胺为填料、硅橡胶为基体的复合材料的导电性以及在3M ～ 1500MHz低频段下的屏蔽效能.研究表明,原位溶液聚合方法制备的掺杂态聚苯胺颗粒呈球形,部分结晶,直径大约为4.1nm;掺杂态聚苯胺为介电型材料,介电损耗角正切tgδE≈ 0.64 ～ 0.53,且具有优异的导电性,当其填量为50%时与硅橡胶形成复合材料的电导率达到1.93s/cm;屏蔽性能测试:当含量达到30wt%和50wt%时有两次跳跃性增加,添加量为50wt%时,屏蔽效果最高达到-29.8dB.     

柔性智能聚苯胺/聚氨酯导电纳米纤维的制备及性能

利用静电纺丝技术制备聚氨酯(PU)纳米纤维,采用原位聚合法在纤维表面聚合导电聚合物聚苯胺(PANI),得到具有优良导电性能的柔性PU/PANI复合纳米导电纤维。通过扫描电镜观察到表面均匀包覆聚苯胺的复合纳米纤维;红外光谱结果证明在聚氨酯纳米纤维表面成功合成了聚苯胺。通过实验可知,聚苯胺最佳聚合工艺为苯胺单体浓度为1.3 mol/L、聚合时间为120 min。导电性能测试发现,PU/PANI复合纳米纤维导电性能优良,电导率可达7.6×10-1S/cm,经聚合后力学性能较为稳定。将PU/PANI导电纳米纤维制成简易柔性传感器件,探究发现PU/PANI导电纳米纤维具有柔性应变电学性质,且反应灵敏。     

纳米TiO2/液体硅橡胶直流电缆附件绝缘复合材料的介电性能

高压直流电缆附件在电力系统运行中,由于复合绝缘电导率不匹配极易导致电场畸变引发绝缘故障。针对这一问题,采用直接共混法制备了不同掺杂浓度的纳米TiO₂/液体硅橡胶（LSR）复合材料,并对其微观形貌和介电性能进行了测试研究。结果表明:纳米TiO₂粒子在LSR基体中分散较均匀,随着TiO₂掺杂含量的增加,纳米TiO₂/LSR复合材料试样的相对介电常数和介质损耗因数增大。当纳米TiO₂粒子添加量为4wt%时,纳米TiO₂/LSR复合材料的电导率与电缆主绝缘交联聚乙烯（XLPE）的电导率近似相等,且随着电场强度的增大,两者的电导率变化趋势也基本一致。电声脉冲法（PEA）测量结果表明,添加4wt% TiO₂的纳米TiO₂/LSR复合材料内积聚的空间电荷最少。纳米TiO₂粒子的掺杂,提高了TiO₂/LSR复合材料电缆附件绝缘电导率对电场强度的响应依赖特性,使其能与XLPE绝缘电导率较好地匹配,同时一定程度地抑制了空间电荷的积累,有助于直流电缆附件内复合绝缘电场的均匀分布。      

PVA对氧化石墨烯/聚苯胺微观形貌及电化学性能的影响

采用原位聚合法制备了不同聚乙烯醇(PVA)表面活性剂添加量的聚苯胺(PANI)以及氧化石墨烯/聚苯胺(GO/PANI)复合材料。借助扫描电镜、X射线衍射、傅立叶变换红外光谱分析等表征手段对材料的物相组成、微观结构和形貌进行了分析。将材料压制电极并组装成扣式电池,利用循环伏安曲线和电化学阻抗谱对材料进行电化学性能检测。探讨了表面活性剂PVA的添加量对PANI以及GO/PANI的微观结构、形貌、电导率及电化学性能的影响。结果表明,当PVA与苯胺(AN)的摩尔比为0.000075时,PVA的引入明显降低了PANI及GO/PANI复合材料的团聚,PVA75/PANI的电导率比纯PANI的电导率提高了2倍,GO/PVA75/PANI复合材料的电导率比未加PVA的GO/PANI复合材料提高了5倍。当PVA与AN的摩尔比为0.000075时,PVA75/PANI和GO/PVA75/PANI复合材料的比电容分别达到986和1 223F/g。     

[C16min]Br修饰的多壁碳纳米管及其与低密度聚乙烯复合材料的制备及介电性能

为改善多壁碳纳米管(MWNT)在低密度聚乙烯(LDPE)中的分散性及复合材料的界面特性,采用溴化-1-十六烷基-3-甲基咪唑基离子液体([C16min]Br)对MWNT进行表面改性,并用Raman光谱对改性效果进行了表征。将经过修饰的碳纳米管(MIL)与LDPE熔融共混得到MIL/LDPE复合材料,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和阻抗分析仪(LCR)对复合材料的结构与介电性能进行了分析。结果表明,相比与MWNT/LDPE(渗流阈值为5.2%,介电常数为82,介电损耗为0.93),MIL/LDPE(渗流阈值为9.1%,介电常数为169,介电损耗为0.51)介电常数增大,介电损耗降低。并且在低温时,MIL/LDPE介电常数随温度的变化甚小,显示出良好的温度-介电常数特性。     

纳米ZnO和纳米MMT对低密度聚乙烯介电性能的影响

分别采用添加纳米ZnO和纳米蒙脱土(MMT)粒子的方法提高低密度聚乙烯(LDPE)的介电性能,选择偶联剂对纳米粒子进行表面修饰,并利用熔融共混法制备了纳米ZnO/LDPE和纳米MMT/LDPE复合材料,通过XRD、FTIR和DSC对试样进行表征。研究了复合材料的交流击穿特性,对试样进行了空间电荷试验。结果表明:通过偶联剂修饰,纳米粒子与聚合物之间的界面结合得到改善,且纳米粒子在基体中的分散性更好;同时复合材料的结晶速率提高,结晶结构更完善;添加纳米粒子可以不同程度地提高LDPE的击穿场强,当纳米ZnO和纳米MMT的质量分数均为3wt%时,复合材料的击穿场强达到最大,分别比纯LDPE的击穿场强高出11.0%和10.3%;纳米ZnO和纳米MMT都有抑制空间电荷的作用,且ZnO的抑制效果更明显。     

钛酸铜钙纳米纤维/液体硅橡胶复合介质非线性电导性能

为解决直流电缆附件内因温度梯度和材料电导率差异而引起的局部电场畸变的难题,本文通过静电纺丝方法制备了钛酸铜钙（CaCu₃Ti₄O₁₂）纳米纤维,并将其分散在液体硅橡胶中合成了具有非线性电导特性的CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维/液体硅橡胶复合介质。采用XRD和SEM对CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维和CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维/硅橡胶复合介质进行微观结构表征,并对CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维/硅橡胶复合介质的介电特性、空间电荷特性及在30℃、50℃、70℃条件下电导率随电场强度变化规律和击穿强度进行测试,最后建立电缆附件模型,并对附件应力锥根部电场进行仿真。结果发现:CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维/硅橡胶复合材料的介电常数和电导率都随着CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维含量的增加而增大,当纳米纤维达到3vol%时复合介质的相对介电常数增加到3.27,非线性电导率也变化了近4个数量级,经过空间电荷测试发现,空间电荷的消散量与CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维含量也正相关,复合材料的直流击穿强度随纳米纤维含量的增加而降低,通过对附件进行稳态电压作用下的电场分布仿真分析发现,当CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维的含量为2vol%时,应力锥根部最大电场强度已经从增强绝缘中转移到电缆主绝缘中,在正、反极性雷电冲击电压作用下,3vol%含量的CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维/硅橡胶复合介质作为增强绝缘材料时最大电场强度均远远低于其击穿强度。以上实验结果表明,CaCu₃Ti₄O₁₂纳米纤维作为填充相在较低的掺杂浓度实现了对液体硅橡胶的改性,满足了复合介质应用于电缆附件的电气绝缘性能需求。      

热处理对聚苯胺导电性及其介电性能的影响

采用苯胺化学氧化聚合制得盐酸掺杂态聚苯胺(PANI-HCl),考察了导电率以及介电常数随热处理温度的变化,并通过FT-IR、TGA、DSC和XRD等测试手段研究了空气气氛中不同热处理温度对PANI-HCl的掺杂程度以及微观结构的影响.结果表明:PANI-HCl在低于100℃的热处理保持优异的电导率和介电常数,电导率的数量级在100,介电损耗角正切tgδε≈0.35～0.49,当温度上升至160℃,电导率数量级下降到10-7,tgδε在0.1以下,其原因是由于热处理对掺杂态聚苯胺进行了脱掺杂,而且改变了聚苯胺的微观结构.