石墨烯多壁碳纳米管/超高分子量聚乙烯导电复合材料的制备及性能

为了比较超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在单一填充和混合填充时, 复合材料导电性的差别。在超声和肼的作用下, 通过对氧化石墨烯(GO)、 多壁碳纳米管(MWCNTs)和超高分子量聚乙烯水/乙醇分散液减压蒸馏及热压制备了隔离型MWCNTs/UHMWPE、 石墨烯(GNS)/UHMWPE和MWCNTs-GNS/UHMWPE导电复合材料。经SEM、 TEM测试发现, 导电填料分散于UHMWPE颗粒表面, 热压后形成隔离结构。隔离型的MWCNTs/UHMWPE和GNS/UHMWPE复合材料均表现出较低的导电逾渗(0.148%和0.059%, 体积分数,下同), 但MWCNTs/UHMWPE复合材料的电导率(2.0×10^-2 S/m, 1.0%, 质量分数, 下同)明显高于相同填料含量下的GNS/UHMWPE复合材料。 MWCNTs-GNS/UHMWPE复合材料表现出了更低的逾渗(0.039%) 和较高导电性能(1.0×10^-2 S/m, 1.0%), 其拉伸强度和断裂伸长率随填充剂含量的增加呈现出先上升后下降的趋势。     

具有隔离结构的超高分子量聚乙烯/镍高导电复合材料

采用化学镀手段制备金属镍包覆的超高分子量聚乙烯复合粒子,通过热压成型方法制得具有隔离结构的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/镍(Ni)高导电复合材料。通过调节金属(镍)镀层厚度及加工温度考察不同Ni含量及加工温度对复合材料导电性能的影响。结果表明,复合材料具有明显的导电逾渗行为;通过化学镀工艺可有效提高金属填料与基体的结合力,同时实现金属镍在聚合物基体中的选择性稳定分布,构建具有隔离结构的导电网络,使得复合材料的逾渗值降低至1.02%(体积分数)。基于金属填料优异的导电性能,在Ni体积分数仅为2.53%时,复合材料的电导率达到2648S/m。此外,降低复合材料的加工成型温度有助于减少加工过程对导电网络的破坏作用,从而有效降低复合材料的导电逾渗值,对提高复合材料导电性能具有重要意义。     

预制炭黑/尼龙6纤维网络在导电高分子复合材料中的逾渗行为

通过超声法将炭黑(CB)粒子固定在静电纺丝尼龙6(PA6)纤维膜表面,制备出一系列具有不同CB含量的CB/PA6导电纤维薄膜。利用热压成型法将制备的导电纤维膜与高密度聚乙烯(HDPE)粉末热压复合,制备出CB/PA6/HDPE导电高分子复合材料(CPC)。扫描电子显微镜图片显示,CB粒子均匀地锚固在PA6纤维表面,且CB/PA6导电纤维膜在HDPE基体中形成连续的导电网络结构。研究了材料的导电逾渗行为,发现CB/PA6/HDPE复合材料的逾渗值仅为2.5%,显著低于传统的CB/HDPE复合材料的逾渗值(8.5%)。同时,由于CB/PA6/HDPE复合材料具有特殊的预制CB/PA6导电纤维网络状结构,PA6电纺纤维膜的含量在复合材料体系中也呈现出有趣的逾渗行为。     

多壁碳纳米管增强炭黑/聚丙烯导电复合材料导电行为

为了充分利用不同导电粒子的导电作用,在炭黑(CB)/聚丙烯(PP)导电复合体系中引入了多壁碳纳米管(CNTs)。研究发现：引入的CNTs分散在CB粒子间起到“桥梁”作用,使体系的导电性能得到明显改善,并且CB∶CNTs为19∶1时其协同导电效果最好,该复合体系出现逾渗现象,对应的导电填料体积分数明显降低。在导电填料总体积分数为4.76%时,少量CNTs的引入就可使复合体系的体积电阻率从109Ω·cm下降到105Ω·cm;同时少量的CNTs能明显抑制炭黑/聚丙烯导电复合材料的正温度效应(PTC),使PTC强度从6.10降低到1.48,PTC转变峰温度从166℃升高到174℃。少量的 CNTs可以使PP的结晶温度提高12℃,对PP结晶的成核作用比CB更加明显。复合体系力学性能随导电填料体积分数增加而明显降低,但因为体积电阻率一定时CB-CNTs/PP体系所需导电填料体积分数较CB/PP体系明显降低,因此少量CNTs的引入能够使复合体系的力学性能得到更大程度的保持。     

CB/UHMWPE复合材料的制备及导电性能

通过高速机械混磨方法制备了具有分离结构的炭黑(CB)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,研究了复合材料的形态结构和导电性。结果表明,炭黑粒子可在较短的时间内涂覆在UHMWPE粒子表面。当CB的体积分数为0.6%时,复合材料的电导率提高了14个数量级,而渗流阈值仅为0.4%(体积分数,下同)。研究了热压工艺对导电复合材料电性能的影响,随热压时间的延长,复合材料的电导率出现下降趋势。     

石墨烯/超高分子量聚乙烯导电复合材料的电性能

通过两步法制备了纳米石墨烯(GNS)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)分离结构导电复合材料,通过扫描电子显微镜和透射偏光显微镜研究了导电复合材料的形态结构与电性能的关系。研究表明,GNS粒子能够均匀地涂覆在UHMWPE粒子表面。当GNS的体积分数为0.4%时,复合材料电导率提升了15个量级,渗流阀值为0.028%(体积分数,下同)。GNS/UHMWPE分离结构导电复合材料的正温度系数效应(PTC)研究表明,由于填料分布形态及含量的变化,导致复合材料PTC转变温度发生改变。     

聚乳酸/石墨/多壁碳纳米管复合材料的制备及性能

通过共溶剂法制备了由石墨(GN)和多壁碳纳米管(MWCNTs)掺杂的聚乳酸(PLA)纳米复合材料,借助扫描电镜等手段,研究了MWCNTs用量对复合材料微观结构、热稳定性、导热和导热性能及介电性能的影响。结果显示,MWC-NTs和GN在PLA基体中形成了稳定的导电和导热网络结构,从而导致复合材料具有较低的导电和导热逾渗阈值,其值约为MWCNTs/GN=0.5/1。MWCNTs和GN均匀分散和协同增强效应促使复合材料热稳定性、导热和导电性能明显提高。与纯PLA相比,填料在逾渗阈值附近的复合材料的初始分解温度提高了近16℃,导热系数提高了1倍,体积电阻降低了109数量级。     

基于共凝聚PTFE/炭黑粒子复合材料的制备和性能

在不使用凝聚剂的情况下采用下压式机械搅拌方式使聚四氟乙烯(PTFE)乳液和炭黑(CB)共凝聚,得到颗粒大小均匀的PTFE/CB粒子,然后用冷压成型和高温烧结工艺制备PTFE/CB复合材料,研究了烧结温度和CB含量对PTFE/CB复合材料的力学性能、导电性能和结晶度的影响。结果表明,烧结温度为390oC时复合材料中形成了均匀分布的微纤结构,力学性能最好;CB的填充明显提高了PTFE的力学性能和导电性能,当CB含量(质量分数)为2%时复合材料的力学性能最佳,拉伸强度从19.1 MPa增加至27.3 MPa,断裂伸长率从420%增加到525%。CB含量提高到3%的PTFE/CB复合材料结晶度最大,且CB在PTFE基体中形成了导电网络,电导率出现"逾渗",PTFE/CB复合材料具有抗静电性能。     

用定向冷冻干燥法制备具有一维取向微孔结构的炭黑/聚乙烯醇导电复合材料

通过定向冷冻干燥法,制得了具有一维取向微孔结构的导电炭黑(CB)/聚乙烯醇(PVA)复合材料。对CB/PVA复合材料的导电性测试结果表明,该复合材料的导电逾渗行为并不完全符合经典的逾渗理论。由于CB/PVA复合材料特殊的取向微孔结构和炭黑于PVA基体的非均匀分布,使得其电阻率临界指数t值高于经典的逾渗理论的取值范围。     

多壁碳纳米管-聚氨酯/聚丙烯复合材料导电网络结构的演变与性能调控

为研究多壁碳纳米管(MWCNTs)和热塑性弹性对MWCNTs-聚氨酯/聚丙烯(MWCNTs-TPU/PP)复合材料结晶性能、导电性能、拉伸性能及外场响应行为,通过溶液-熔融法制备了MWCNTs-TPU/PP复合材料.MWCNTs的引入能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶性能,导电逾渗值质量分数约为...     

Functionalization of Porous Carbon Materials with Designed Pore Architecture

Recent progress in syntheses of porous carbons with designed pore architecture has rejuvenated the field of carbon chemistry and promises to provide new advanced materials. In order to reap the full benefit of designer carbons, it is necessary to develop chemistries for functionalizing the porous carbon surfaces. This Review examines methods of functionalizing porous carbon through direct incorporation of heteroatoms in the carbon synthesis, surface oxidation and activation, halogenation, sulfonation, grafting, attachment of nanoparticles and surface coating with polymers. Methods of characterizing the functionalized carbon materials and applications that benefit from functionalized nanoporous carbons with designed architecture are also highlighted.     

高导热C/C复合材料的研究进展

综述了高导热C/C复合材料的研究现状及进展.从C/C复合材料的导热机理出发,分析了C/C复合材料的热物理性能以及影响其导热性能的因素.介绍了不同类型碳纤维、基体炭的导热性能,以及高导热C/C复合材料的制备及改性.     

应用纳米压痕技术测试沥青炭的力学性能

以高温煤沥青为前驱体,采用液相浸渍技术制备了4D炭/炭复合材料。利用纳米压痕技术研究了后处理温度和炭基体位置对沥青炭力学性能的影响。研究结果表明,在同一工艺状态下,束内沥青炭的硬度和模量要远低于束间沥青炭的硬度和模量。经过900℃后处理的沥青炭的模量出现小幅降低,而硬度则出现一定的增加。     

粉末涂层碳纤维制备碳/碳复合材料研究进展

综述了国内外碳/碳复合材料的主要用途和制备方法,通过比较发现粉末预涂层制备碳/碳复合材料是一种低成本、短制备周期的理想方法,它包括基体树脂和碳纤维的选择、碳纤维的表面处理及碳纤维丝束的铺展.采取层压成型制备试样,经高温炭化和石墨化制备碳/碳复合材料.     

高性能聚丙烯腈基碳纤维发展现状与分析

聚丙烯腈基碳纤维及其复合材料具有轻质、高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀和可设计性等优点,已成为航空应用的理想材料。综述了日本东丽公司和美国赫氏公司高性能聚丙烯腈基碳纤维的发展路线,介绍了高性能聚丙烯腈基碳纤维的发展趋势以及最新的研发进展,并对其发展路线进行了对比分析,结合国产聚丙烯腈基碳纤维发展现状,给出了国产碳纤维发展建议,以期为国产高性能聚丙烯腈基碳纤维的可持续发展提供参考。     

模板法合成多孔炭材料的研究现状

模板法为多孔炭材料的可控与定向合成开辟了一条新的技术途径,已成为近几年国内外材料制备领域的研究热点。介绍了模板法合成多孔炭的原理及其特征,综合分析了模板类型、炭前驱体的种类、合成工艺的特点,重点综述了微孔炭、介孔炭、大孔炭的模板合成,并展望了多孔炭材料的发展方向。     

碳纤维在高温下的结构、性能演变研究

针对碳纤维在碳/碳烧蚀防热复合材料中应用的基础问题,论述了不同碳纤维结构、成分、表面特征,及其力学性能和热物理性能的高温演变规律,揭示了碳纤维灰分含量对碳纤维力学性能和热氧化性能的影响。确定了在碳/碳复合材料复合成型过程中,碳纤维结构受基体碳影响的变化规律和碳纤维表面特征对碳/碳材料宏观力学性能的影响。阐明了碳/碳复合材料中碳纤维的力学性能对纤维发生折断烧蚀的阻碍作用和通过控制碳/碳成型最高温度实现提高性能的途径。     

用CVI工艺制备的低密度单向C/C复合材料的阻尼性能

用化学气相渗透工艺（ＣＶＩ）制备出几种不同密度及不同炭纤维类型增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料。在国内自制多功能内耗仪上用扭摆法测试其阻尼性能。结果表明,低密度单向Ｃ／Ｃ复合材料的阻尼随密度的升高而降低。同种工艺条件,高模炭纤维Ｔ－５０增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料的阻尼性能优于高强炭纤维Ｔ３００增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料,且前者在８０￣２００℃范围内有一明显的内耗峰。纤维类型和界面微观结构是影响这类单向Ｃ／Ｃ复     

碳基采暖电热材料研究进展

近几年,由于节能与环保的需求,电取暖的方式得到大力的推广,电热材料的研究与应用受到人们广泛的重视。非金属碳基电热材料是新型的节能型电热采暖材料,本文重点对影响非金属碳基电热材料中的炭黑基电热材料、碳纤维基电热材料、碳晶电热材料电热性能的因素及相关应用进行了综述。     

酚醛树脂原位催化裂解制备低维碳纳米结构

以Ni（NO₃）₂·6H₂O为催化剂前躯体,原位催化裂解酚醛树脂制备了碳洋葱、竹节碳和碳纳米管等低维碳纳米结构;用粉体X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等手段对低维碳纳米结构进行了表征。结果表明;当Ni（NO₃）₂·6H₂O与苯酚物质量比小于0.01时,Ni催化剂易分散,碳纳米管易生成,管径均一、分布稠密;当Ni（NO₃）₂·6H₂O与苯酚物质量比大于0.04时,Ni催化剂易团聚,碳纳米管管径分布较宽,分布稀疏;当Ni（NO₃）₂·6H₂O与苯酚物质量比为0.10时,Ni催化剂团聚现象严重,难以生成碳纳米管;提出了碳洋葱、竹节碳和碳纳米管不同碳纳米结构可能的形成机理。