聚偏氟乙烯/碳纳米管纳米复合材料的制备和表征

采用超声波分散法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)/多壁碳纳米管(MWCNT)复合材料。利用扫描电子显微镜、差示扫描量热法和傅立叶变换红外光谱等方法研究了复合材料的形态,考察了MWCNT用量对复合材料结晶行为和力学性能的影响。结果表明,通过超声处理,PVDF和MWCNTs之间产生了相互作用,复合体以球状的形式存在。MWCNTs的引入导致具有压电性的β相形成和屈服强度的提高。根据实验结果,对PVDF/MWCNT复合球体和β相的形成机理提出了可能的解释。     

氧化石墨/钛酸钡/环氧树脂三相复合材料的制备及其介电性能研究

利用浓硫酸、高锰酸钾等强氧化剂制备了氧化石墨, 将其与钛酸钡和环氧树脂复合, 制备了三相复合材料。研究了氧化石墨的添加量对于复合材料介电性能的影响。结果发现在氧化石墨的添加量很少时, 三相复合材料的介电常数显著地高于钛酸钡/环氧树脂两相复合材料, 同时介电损耗仍然维持在较低的水平。钛酸钡/环氧树脂的介电常数为17.7 (20℃, 1 kHz), 当加入3wt%氧化石墨, 介电常数增加到42.6, 介电损耗为0.043。因此该三相复合材料适合用于埋入式电容器的介质材料。最后初步探讨了氧化石墨对复合材料介电性能的影响机理。     

具有多层结构的聚合物复合薄膜的介电和磁性能

采用旋涂法制备了 Fe3 O4/聚偏氟乙烯(PVDF)复合薄膜(A)、多壁碳纳米管(MWCNT)/PVDF复合薄膜(B)以及纯PVDF薄膜(P)。利用热压法制备具有3层结构的AAA、ABA及APA 复合薄膜。为了探究层状结构对复合薄膜介电和磁性能的影响,制备了单层膜A作为对比(厚度与AAA复合薄膜相同)。分别研究了薄膜的介电和磁性能。结果表明：由于界面效应,同等厚度的AAA复合薄膜较A膜而言具有较高的介电常数;以B和P薄膜替代AAA结构中间层薄膜后,其中ABA复合薄膜的介电常数高于AAA及APA复合薄膜,同时保持较低的介电损耗。对于磁性能,层状结构对复合薄膜的饱和磁化强度及矫顽力均无明显的影响,而ABA复合薄膜的饱和磁化强度高于AAA及APA复合薄膜,且ABA和APA复合薄膜的矫顽力增加。层状结构设计不仅能够调节复合材料的介电性能和磁性能,而且有利于不同纳米填料的分散,为制备多功能聚合物复合材料提供了一定的借鉴作用。     

PVDF/石墨烯复合材料熔融制备工艺及其性能研究

主要研究熔融加工工艺对石墨烯在聚偏氟乙烯(PVDF)中的分散及导电、导热性能的影响。首先通过高速混合机机械搅拌,使石墨烯微片、助剂与PVDF粉料均匀分散,然后分别经由熔融模压、双辊辊压、双辊混炼、双螺杆挤出和密炼等工艺制备得到PVDF/石墨烯复合材料。利用SEM和TEM研究复合材料的微观形貌,并研究不同熔融制备工艺及石墨烯含量对复合材料导电性能、导热性能及热力学性能的影响。结果表明,采用高速混合、合适的助剂体系和熔融工艺,可以得到石墨烯分散良好的复合材料;经定向分散熔融制备工艺所得的复合材料导电性能和导热性能均优于不定向分散熔融工艺所得的复合材料;石墨烯的加入,可以改善复合材料的热力学稳定性,提高复合材料的结晶温度。     

PEBA/PVDF复合膜的溶胀及渗透汽化性能研究

为从醋酸正丁酯稀水溶液中回收微量酯,采用涂布法制备了聚醚共聚乙酰胺/聚偏氟乙烯(PEBA/PVDF)复合膜.考察了复合膜在醋酸正丁酯稀水溶液中的溶胀性能,探讨了浸泡时间、浸泡液温度及浸泡液浓度等因素对溶胀度的影响.通过拉力试验,测试了复合膜的力学性能.通过渗透汽化实验,从醋酸正丁酯稀水溶液中分离出醋酸正丁酯,研究了料液浓度、料液温度等因素对复合膜分离性能的影响.结果显示,复合膜在醋酸正丁酯稀水溶液中具有良好的溶胀性能及渗透汽化性能;40℃下分离质量分数为0.6%的醋酸正丁酯水溶液,渗透通量达到280.43 g/(m2.h),分离因子为308.65.     

固相剪切碾磨对聚偏氟乙烯结构和介电性能的影响

利用固相剪切碾磨技术(S~3M)制备了高β晶含量的聚偏氟乙烯(PVDF)微米级粉体,研究了PVDF粉体的结构形态、粒径及粒径分布,碾磨遍数对粉体结晶结构和介电性能的影响。结果表明,固相力化学反应器强大的挤压和剪切作用可使PVDF中α晶转变为晶,从而有效提高PVDF粉体中β晶相对含量;随碾磨遍数增加,PVDF粉体β晶含量逐渐提高,未碾磨PVDF中的β晶相对含量为37%,碾磨15遍后β晶相对含量达90%以上;同时,介电常数则由1.20增加至10.77,提高约1个数量级。固相剪切碾磨技术为高介电性能材料的制备提供了新途径。     

掺镧改性钛酸钡纳米多晶粉体的制备和表征

以La(Oac)3,Ba(Oac)2,Ti(On-Bu)4为起始物，采用共溶-水凝胶法制备掺镧改性钛酸钡纳米晶粉体LaxBa1-xTiO3(x=0.00,005,0.10,0.20,0.30)，利用正交试验对制备溶胶的主要工艺进行优化：溶胶是由总浓度为0.7mol/L的起始物逐步滴入蒸馏水进行共溶水解而得，其介质为氨水调节的pH=3.8和70℃醋酸。将溶胶陈化和浓缩而得湿凝胶，干凝胶是将湿凝胶在烘箱中经50℃/24处理而得。对干凝胶及其焙烧粉体进行了七项特性表征：首先取少量干凝胶进行TG-DTG和FT-IR测试，以确定焙烧温度范围和历程；然后另取一部分干凝胶在该温度范围内的不同温度点上焙烧，以便制得系列粉体试样，对其进行FT-IR、SRD、SEM、EDS、TEM及LRS表征，以比较各试样的晶相成、原始晶粒尺寸、晶格常数及其四方相畸变度δ（即晶轴比c/a）、团粒形貌及微区金属元素含量等并从中优选工艺，探讨共溶-水凝胶过程及掺镧改性机理等。     

掺镧改性钛酸钡湿敏陶瓷元件

以a(OAc)3,Ba(OAc)2,Ti(O^nBu)4为起始物，采用共溶－水凝胶法经陈化获得湿凝胶，干燥后制得干凝胶，研磨过筛和坦渗电极、加压成型为 素坏，经不同温度和保温时间烧结，制得掺镧LaxBa1-xtiO3陶瓷传感元件系列（x=0.00,0.05,0.10,0.20,0.30),测试其阻－湿特性，从中获得了具有良好特性参数的湿敏陶瓷及其主要工艺条件（x=0.10,1350℃／1h），阻－湿特性在工作湿度范围内（相对湿度RH＝32．8％－93．6％）的平均灵敏度=5^10^4kΩ/RH(%)，线性相关因子r=0.998，响应时间r=110s，湿滞低于4％，湿敏选择性良好：对H2，CH4，CH2＝CH2，CH3CH＝CH2，CO，C6H6和CH3CH2OH（g)七种气体具有抗干扰性能，应用SEM，AFM及XRF对陶瓷的显微结构和元素含量进行测定，确定了陶瓷的显微组织，晶粒尺寸，晶相结构，表面粗糙度和全元素分析。讨论了掺镧改性的可能机理：La^3 不等价取代Ba^2 ，引起Ti^4 捕获一个自由电子而变价为Ti^3 ，该电子在适腚的陶瓷显微结构下受水分子影响易于进入导带，使掺镧钛酸得以半导化；半径较小的La^3 取代半径较大的Ba^2 ，则降低四方晶相的晶格畸变度δ，即晶轴比c/a变小，使四方晶格的不对称性及各向异性降低，从而减少陶瓷烧结后冷却过程中内应力引起的破裂。     

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电常数复合材料的制备与性能

为制备具有高介电常数的复合材料,采用注射成型法制备了原始多壁碳纳米管(P-MWCNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)/PVDF复合材料。然后,对P-MWCNTs和G-MWCNTs进行了Raman光谱表征,对MWCNTs/PVDF复合材料进行了断面形貌、力学性能和电学性能测试。结果表明:G-MWCNTs比P-MWCNTs具有更高的纯度和结晶度,两种不同的MWCNTs都能均匀分散在PVDF基体中,添加MWCNTs会显著影响PVDF的力学行为。MWCNTs/PVDF复合材料的介电性能随MWCNTs含量的增加而提高,与P-MWCNTs相比,G-MWCNTs有效降低了复合材料的渗流阈值。当频率为100 Hz时,纯PVDF的介电常数为7.0;当P-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数为23.8;当G-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数高达105.0。注射成型法制备的MWCNTs/PVDF复合材料仍保持相对较低的电导率,进而导致复合材料的能量损耗较低,对电荷存储应用具有重要意义。     

Preservation of Surface Conductivity and Dielectric Loss Tangent in Large‐Scale,Encapsulated Epitaxial Graphene Measured by Noncontact Microwave Cavity Perturbations

Regarding the improvement of current quantized Hall resistance (QHR) standards, one promising avenue is the growth of homogeneous monolayer epitaxial graphene (EG). A clean and simple process is used to produce large, precise areas of EG. Properties like the surface conductivity and dielectric loss tangent remain unstable when EG is exposed to air due to doping from molecular adsorption. Experimental results are reported on the extraction of the surface conductivity and dielectric loss tangent from data taken with a noncontact resonance microwave cavity, assembled with an air‐filled, standard R100 rectangular waveguide configuration. By using amorphous boron nitride (a‐BN) as an encapsulation layer, stability of EG's electrical properties under ambient laboratory conditions is greatly improved. Moreover, samples are exposed to a variety of environmental and chemical conditions. Both thicknesses of a‐BN encapsulation are sufficient to preserve surface conductivity and dielectric loss tangent to within 10% of its previously measured value, a result which has essential importance in the mass production of millimeter‐scale graphene devices demonstrating electrical stability.     

Fundamentals, processes and applications of high-permittivity polymer-matrix composites

There is an increasing need for high-permittivity (high-k) materials due to rapid development of electrical/electronic industry. It is well-known that single composition materials cannot meet the high-k need. The combination of dissimilar materials is expected to be an effective way to fabricate composites with high-k, especial for high-k polymer-matrix composites (PMC). This review paper focuses on the important role and challenges of high-k PMC in new technologies. The use of different materials in the PMC creates interfaces which have a crucial effect on final dielectric properties. Therefore it is necessary to understand dielectric properties and processing need before the high-k PMC can be made and applied commercially. Theoretical models for increasing dielectric permittivity are summarized and are used to explain the behavior of dielectric properties. The effects of fillers, fabrication processes and the nature of the interfaces between fillers and polymers are discussed. Potential applications of high-k PMC are also discussed.