新型硅橡胶基压阻敏感复合材料制备及其性能研究

以多壁碳纳米管(MWNT)和纳米二氧化硅作为助填料,采用三辊研磨机制备了(MWNT-SiO2)/RTV复合材料,研究其压阻和介电性能.结果表明,纳米SiO2经KH570改性,其在基体中分散性及界面结合提高;(MWNT-SiO2)/RTV复合材料压力敏感性增强,当外界压力为150N时,含5％二氧化硅的复合材料相对电阻是M...     

石墨烯/热塑性聚氨酯导电复合材料的制备及压阻特性研究

采用硅烷偶联剂KH550对石墨烯进行接枝改性,采用溶液共混法制备改性石墨烯/热塑性聚氨酯(TPU)导电复合材料,并对复合材料的微观结构、电学性能及压阻特性进行测量和分析。研究表明:硅烷偶联剂KH550成功接枝至石墨烯的表面,分散性较好,复合材料的渗流阈值在石墨烯添加量为5%(wt,质量分数)附近,在石墨烯添加量为7%(wt,质量分数),压力为1.0MPa条件下,石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的均一化电阻为1.55,循环5次后的电阻为390Ω,具有较好的压阻重复性。     

掺CCCW的碳纤维石墨水泥基复合材料的导电及压阻特性

利用四电极法研究了内掺水泥基渗透结晶防水材料(CCCW)的碳纤维石墨水泥基复合材料试样(40 mm×40 mm×40 mm)的导电特性及其在循环荷载作用下的压阻特性,分析讨论了碳纤维石墨水泥砂浆的体积电阻率及压阻特性随石墨掺量的变化规律。碳纤维和CCCW的掺量分别为水泥质量的1%和4%;石墨掺量分别为水泥质量的0%、10%、20%、30%、40%和50%。结果表明,添加CCCW的碳纤维石墨砂浆试样的体积电阻率随石墨掺量的增加迅速下降,并存在渗滤现象,渗滤阈值为20%左右。在循环荷载作用下,不同石墨掺量试样的电阻和应力存在一定的对应关系。石墨掺量为水泥质量的20%～30%时,碳纤维石墨水泥砂浆试样的体积电阻率与压应力呈现良好的可重复性,电阻值在应力加载时几乎呈线性下降,而卸载时增加。     

碳纳米管/炭黑/硅橡胶复合材料的压阻计算模型分析

以碳纳米管、炭黑为填料,硅橡胶为基体制备柔性压力敏感材料。将炭黑填充硅橡胶的压阻计算模型扩展应用于碳纳米管/炭黑/硅橡胶材料,研究了不同填料配比下的碳纳米管/炭黑/硅橡胶的渗流特性,并通过实验对计算模型进行了分析。结果表明,在碳纳米管/炭黑/硅橡胶体系中,选择适合的碳纳米管和炭黑组分配比,可获得较低的渗流阈值,且压阻实验结果与计算曲线偏差较小;由于碳纳米管和炭黑的协同效应和通用有效介质理论适用的边界条件,使得在碳纳米管/炭黑以一定的配比混合下,并用的导电填料体积分数略偏离阈值附近时,实验结果与计算模型曲线可以较好地吻合。     

炭黑填充型导电复合材料的压阻计算模型及实验验证

为研究新型传感器材料,在通用有效介质理论的基础上,提出了炭黑填充型导电复合材料的压阻特性数学计算模型,定量地得出炭黑颗粒的基本特征参数、体积分数和聚合物基体的弹性模量在复合材料压阻规律中的影响。分别以硅橡胶和高密度聚乙烯为基体相,三种不同粒径的炭黑为导电相,制备了炭黑填充型复合材料,对计算模型进行了实验验证。在炭黑颗粒分布均匀、炭黑体积分数在渗流阈值附近和外加压力≤2 MPa等三个边界条件下,数学计算模型与实验结果基本吻合,且压力-电阻变化规律一致。      

橡胶/炭黑导电复合材料的压阻效应研究进展

综述了炭黑填充的压敏导电橡胶复合材料的压阻机理、压阻特性和压阻数学模型等方面的研究工作进展。讨论了加工工艺条件、填料性质、分散性等因素对压敏导电橡胶复合材料的压阻性能及压阻稳定性的影响。     

石墨烯/纳米银复合材料的制备、微结构及其导电性能

将不同比例的氧化石墨烯(GO)和硝酸银混合,采用水合肼一步还原制备石墨烯/纳米银(RGO/Ag)复合材料。采用UV-vis、XRD、FTIR和SEM对RGO/Ag复合材料结构组成进行表征分析,并结合热流量和结构变化研究其构成和热处理工艺对导电性的影响。结果表明:Ag基本以类似球形与石墨烯(RGO)复合;RGO/Ag复合材料的导电性与其构成有很大关系,只有当GO加入量小于50wt%时,Ag含量的提高和热处理工艺的优化可以明显改善复合材料的导电性,其中,GO加入量为16wt%的RGO/Ag片方阻值可达到8mΩ/□;当GO加入量高于50wt%时,复合材料导电性与RGO接近,受Ag含量的提高和热处理工艺优化的影响较小。     

纳米二氧化钌对硅橡胶基力敏复合材料压阻性能的影响

选用乙烯基硅橡胶(SIR)为力敏复合材料基材,纳米二氧化钌(nano-RuO2)为导电功能粒子制备纳米RuO2/SIR力敏复合材料.测试了纳米RuO2/SIR复合材料的压阻性能,分析了纳米RuO2在纳米RuO2/SIR复合材料中的逾渗阈值区间以及纳米RuO2用量对纳米RuO2/SIR复合材料的压阻性能及其压阻性能稳定性的影响,在此基础上制备出具有较好压力敏感性及良好的压阻重复性能的纳米RuO2/SIR复合材料.研究结果表明,一定用量的纳米RuO2在改变硅橡胶电性能的同时,还具有显著的补强作用.     

石墨烯/酚醛树脂复合材料的制备及电学性能研究

以石墨为原料,采用改进Hummers方法制备氧化石墨,在水中经超声分散得到氧化石墨烯分散液,经80%水合肼还原得到石墨烯。又以苯酚和甲醛为原料,草酸和盐酸作催化剂,制备热塑性酚醛树脂。得到的石墨烯与酚醛树脂由熔融共混法制备其复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、交流阻抗等分别对石墨烯以及石墨烯/酚醛树脂复合材料进行形貌和结构表征及电学性能测试。研究结果表明:采用改进Hummers方法制备的石墨烯有良好的片层状形貌,石墨烯均匀包覆着酚醛树脂,石墨烯/酚醛树脂复合材料有良好的导电性能。当石墨烯的添加量为2.0%时,复合材料的阻抗为140Ω,比未添加时阻抗减少25倍。     

石墨烯丁腈橡胶复合材料性能研究

采用Fe_3O_4负载对石墨烯进行改性,并制备了石墨烯/丁腈橡胶复合材料。结果表明:石墨烯成功负载在Fe_3O_4表面,其堆叠结构得到一定程度修饰;改性石墨烯与丁腈橡胶基体相容性好,并具有高效的增强效应;复合胶料的储能模量增加,玻璃化转变温度(Tg)向高温移动,其磁效应与超顺磁材料相似。     

The bulk piezoresistive characteristics of carbon nanotube composites for strain sensing of structures

The bulk piezoresistivity of carbon nanotube (CNT) in polymer matrix was discussed to develop a strain sensor for engineering applications. The polymer improves interfacial bonding between the nanotubes and the CNT composite and that enhances the strain transfer, repeatability, and linearity of the sensor. The largest contribution of piezoresistivity of the sensor may come from slippage of overlaying or bundled nanotubes in the matrix, from a macroscopic point of view. Nano interfaces of CNTs in a matrix polymer also contribute to the linear strain response compared to other micro size carbon filler. The strain sensor had a low bandwidth and adequate strain sensitivity. The nanocomposite strain sensor is particularly useful for detecting large strains which can monitor strain and stress on a structure with simple electric circuit for strain monitoring of structures.     

还原石墨烯复合材料的力学和电磁性能

采用水合肼对氧化石墨烯进行还原,获得2种含氧量不同的还原石墨烯(rGO),与双马来酰亚胺(BMI)树脂溶液混合并通过湿法预浸工艺制备碳纤维(CF)预浸料,采用热压成型工艺制备rGO-CF/BMI复合材料单向板。研究了rGO的还原程度及含量对复合材料力学性能、玻璃化转变温度及电磁性能的影响。结果表明:在较高温度下制得的rGO2比在较低温度下制得的rGO1具有更高的还原程度,rGO2在树脂中的分散性相对较差。当rGO1与rGO2的质量分数分别为0.1%和0.05%时,rGO1-CF/BMI复合材料和rGO2-CF/BMI复合材料的层间剪切强度分别达到最高,相对于CF/BMI复合材料均提高约14%,而弯曲性能和玻璃化转变温度基本不变。rGO2-CF/BMI复合材料的介电性能优于rGO1-CF/BMI复合材料,当rGO2的质量分数为0.1%时,在12.4~18.0GHz的频率范围内,rGO2-CF/BMI复合材料的介电常数实部较CF/BMI复合材料最高提高约6倍,介电损耗最高提高约3倍。在该频率范围内,rGO1-CF/BMI和rGO2-CF/BMI复合材料均呈弱磁性,对入射电磁波的作用为高反射、低吸收。      

石墨烯/环氧树脂复合材料的介电性能研究

通过Staudenmaier法制备了完全氧化的氧化石墨(GO),并通过高温热膨胀制备了单层石墨烯(graphene)。用FT-IR和TG对GO的氧化程度、含氧官能团进行了表征,用SEM和TEM对天然石墨(NG)、GO和graphene的微观结构进行了分析。利用超声共混法制备了graphene/环氧树脂介电纳米复合材料,介电性能的测试表明,graphene的加入使环氧树脂介电常数大幅提高,当graphene添加量为0.25%(质量分数)时,材料介电常数达到25,是纯环氧树脂的4倍,介电损耗0.11。这为石墨烯在介电储能方面的应用和低成本介电复合材料的制备提供了新思路。     

Interconnected graphene/polymer micro-tube piping composites for liquid sensing

Detection and analysis of volatile organic compounds （VOCs） as pollutants in the atmosphere and liquids are of great significance because of the detrimental effects of VOCs. A polymer-coated graphene micro-tube piping （GMP） structure with a cross-linked and interconnected channel network was synthesized for liquid sensing. By virtue of their unique cross-linked and interconnected channel network configuration, polycrystalline conformation, and the support of a polymer layer, the resistivity of the 3D hollow micro-tubing GMPs was sensitive to strain, ensuring high sensitivity of the liquid sensor （R/Ro of -4 × 10^3% for pure acetone and R/Ro of -105% for 0.01 wt.% acetone solution）. Due to the capillary force, the interfaces of the 3D structures can speed up the penetration of solvents into the polymer, thus promote distinct selectivity within seconds and significantly decrease the response time. Owing to their good selectivity, high sensitivity, rapid response and flexibility, and the ease of use of the sensors and the simplicity of the fabrication processes, the GMP/polymer composites should be a good candidate for liquid sensing.     

炭黑/聚丙烯-聚(苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯)复合材料的介电性能和压阻性能

为了制备柔性较好的聚合物基压阻材料,利用熔融共混法制备了炭黑/聚丙烯-聚(苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯)(CB/PP-SEBS)复合材料,并研究了CB含量对CB/PP-SEBS复合材料介电性能和压阻性能的影响。结果表明:随着CB含量的增加,CB/PP-SEBS复合材料的介电常数、介电损耗及电导率均提高;CB/PP-SEBS复合材料发生导电逾渗时,CB的含量为12.2wt%;在CB/PP-SEBS复合材料发生弹性形变时,由于外力破坏了CB的导电网络,复合材料的电阻随着应变的增大而增大;循环压阻测试结果显示,在弹性变形区CB/PP-SEBS复合材料的电阻随着应变呈现周期性变化。研究结果可为制备具有稳定电阻变化的聚合物基压阻材料提供借鉴。     

石墨烯/氰酸酯-环氧树脂复合材料的制备和性能

为优化石墨烯/氰酸酯(CE)复合材料的制备工艺并提高其韧性,制备了对苯二胺(PPD)功能化的氧化石墨烯(GO-PPD),分别以GO和GO-PPD为添加物,以CE和环氧树脂(质量比为7:3)共混物为基体树脂制备了GO/CE-环氧树脂和GO-PPD/CE-环氧树脂复合材料。采用红外和拉曼光谱表征GO和GO-PPD的结构,并研究了二者在溶剂中的溶解性。GO-PPD在乙醇等低沸点和低毒性的有机溶剂中表现出稳定的溶解性,与GO相比,GO-PPD明显改善了复合材料制备的工艺性。性能研究表明,GO和GO-PPD的加入均会降低基体树脂的固化温度,明显提高其力学性能和热性能,使基体树脂的介电常数和介电损耗显著增大,但仍然基本保持良好的耐湿热性和耐腐蚀性。石墨烯表面的化学性质影响石墨烯/CE-环氧树脂复合材料的综合性能,与GO相比,GO-PPD的加入能更明显提高复合材料的力学性能和耐热性。     

石墨烯硅橡胶复合材料的性能研究

本文采用复配的石墨烯、碳纳米管和氧化铝为导热填料制备了具有导热功能的有机硅复合材料。研究了石墨烯、碳纳米管和氧化铝的复配比例对复合材料体积电阻率、导热系数、拉伸强度等性能的影响;同时,以Gr-C-4#样品为基础配方,采用硅烷偶联剂Si-G-1分别对石墨烯、碳纳米管及氧化铝进行改性,并用改性后的填料配制石墨烯硅橡胶复合材料Gr-C-Si-1#,对比样品Gr-C-4^#与Gr-C-Si-1^#的性能差异,分析了改性复配填料对复合材料性能的影响。采用石墨烯硅橡胶复合材料对电缆终端进行了封装,对封装好的电缆终端开展了100、150、200A电流下的温升实验,未出现局部过热,并测定水浸泡前后的电缆终端电阻,封装后的电缆终端电阻未出现明显上升,实验结果表明本材料可以在电缆终端或中间连接处进行灌封,可对封铅连接处的良好的保护作用,工程应用意义重大。     

氧化石墨烯增强水泥复合材料的断裂性能

将氧化石墨烯(GO)加入水泥砂浆中,以提高其抗裂性和韧性.通过三点弯曲梁法测试了GO增强水泥砂浆试件的断裂性能,采用双K断裂模型分析了GO掺量对改性水泥砂浆断裂参数的影响.结果表明:GO提高了水泥砂浆试件的起裂韧度,当GO掺量(与胶凝材料质量比)为0.01％～0.07％时,较对照组分别提高了13.4％、25.4％、24...     

Evolution of nano-junctions in piezoresistive nanostrand composites

When nickel nanostrands (NiNs) are embedded inside of highly flexible silicone, the silicone becomes an extremely piezoresistive sensor capable of measuring a large dynamic range of strains. These sensors experience an increase in conductance of several orders of magnitude when strained to 40% elongation. It has been hypothesized that this effect stems from a net change in average junction distance between the conductive particles when the overall material is strained. The quantum tunneling resistance across these gaps is highly sensitive to junction distance, resulting in the immense piezoresistive effect. In this paper, the average junction distance is monitored using dielectric spectroscopy while the material is strained. By incorporating new barrier height measurements of the base silicone material from a nanoindentation experiment, this experiment validates previous assumptions that, on average, the junctions between NiNs decrease while the sample is strained, instigating the large piezoresistive effect. The nature of the material’s response to strain is explored and discussed.