环氧树脂纳米复合材料界面及其对电性能影响分析

实验分别采用混酸、环氧大分子、硅烷偶联剂(KH560)对多壁碳纳米管(MWCNTs)表面进行改性制得酸化碳纳米管(C-MWCNTs)、环氧功能化碳纳米管(E-MWCNTs)、硅烷偶联化碳纳米管(Si-MWCNTs),将改性后的MWCNTs和有机化蒙脱土(O-MMT)通过溶液共混的方式与环氧树脂(EP)制备成环氧树脂纳米复合材料。通过分析试样的冲击实验数据、断面形貌以及MWCNTs的红外光谱来确定不同功能化方式处理的MWCNTs对纳米复合材料中界面区域的影响。借鉴界面势垒模型分析界面区域对纳米复合材料电性能的影响。分析结果表明,Si-MWCNTs、E-MWCNTs与环氧树脂的界面结合强度大于C-MWCNTs。当纳米掺杂组分质量分数相同时,Si-MWCNTs/EP中界面区域大于E-MWCNTs/EP中界面区域。当Si-MWCNTs在基体中分散均匀时,随Si-MWCNTs的质量分数的增加,Si-MWCNTs/EP中自由体积增加,键合区域对偶极极化限制性增强,二者共同促进Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的介电常数和介质损耗的降低,过渡区域陷阱密度增大,Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的击穿强度得到提高。O-MMT的加入减弱了MWCNTs在基体中的团聚,使MWCNTs/O-MMT/EP的电导率降低。     

碳纳米管的功能化及其环氧树脂纳米复合材料性能研究

采用长径比不同的羧基功能化碳纳米管(C-MWCNTs)和环氧基功能化碳纳米管(E-MWCNTs)对环氧树脂进行改性。利用扫描电子显微镜表征功能化前后MWCNTs在丙酮中的分散情况以及复合材料冲击断面的微观形貌,利用傅里叶红外光谱仪对功能化前后MWCNTs进行表征,测试了复合材料的力学性能和热性能。结果表明:当C-MWCNTs_(1020)、C-MWCNTs_(4060)掺杂量分别为0.6%和0.8%时,复合材料的冲击强度达到最大值,比未掺杂MWCNTs的环氧树脂分别提高了54.9%和60.8%;在MWCNTs掺杂量相同时,E-MWCNTs_(4060)/EP的力学性能和热性能均优于C-MWCNTs_(4060)/EP。     

功能化碳纳米管/环氧树脂复合材料性能研究

采用羧基功能化碳纳米管(C–MWNTs)和环氧基功能化碳纳米管(E–MWNTs)改性环氧树脂。利用扫描电子显微镜观察碳纳米管功能化前后的形貌变化,分析碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的冲击断面形貌,测试了复合材料的力学性能和介电性能。结果表明:环氧基功能化碳纳米管与环氧树脂基体作用力更强,当E–MWNTs和C–MWNTs在复合材料中的掺杂量分别达到1.0wt%和0.7wt%时,E–MWNTs/EP复合材料和C–MWNTs/EP复合材料的冲击强度较未掺杂环氧树脂分别提高了52.2%和39.9%,当碳纳米管掺杂量为0.7wt%时,两体系的弯曲强度与未掺杂环氧相比分别提高了35%和26%。探讨了碳纳米管增韧环氧树脂的机理。不同方法处理的碳纳米管对环氧树脂复合材料的介电常数和介电损耗影响程度不同。     

SiO_2@MWNTs的制备及SiO_2@MWNTs/EP复合材料电性能的研究

采用羧基功能化碳纳米管(C-MWNTs)和二氧化硅功能化碳纳米管(SiO_2@MWNTs)对环氧树脂(EP)进行改性,利用扫描电镜(SEM)对碳纳米管在溶剂中的分散情况进行观察,利用透射电镜对MWNTs的包覆情况进行观察,利用傅里叶红外光谱仪对两种功能化的MWNTs进行表征,测试了复合材料的电气强度、介电常数、介质损耗、体积电阻率。结果表明:SiO_2@MWNTs/EP复合材料的体积电阻率较C-MWNTs/EP复合材料的体积电阻率上升了4个数量级;SiO_2@MWNTs/EP和C-MWNTs/EP复合材料的介电常数较EP均降低;SiO_2@MWNTs/EP复合材料的介质损耗较C-MWNTs/EP复合材料降低;当MWNTs的质量分数为0.5%时,SiO_2@MWNTs/EP复合材料的电气强度达到最大值21.5 k V/mm,同时SiO_2@MWNTs/EP复合材料的绝缘性能优于C-MWNTs/EP复合材料。     

超支化聚酯改性纳米SiO2/环氧树脂的介电特性

为改善纳米SiO_2与环氧树脂(EP)的界面性能及复合材料的介电参数,通过超支化聚酯协同偶联剂处理对纳米SiO_(2.)进行表面接枝,制备不同配比的纳米SiO_2/EP复合材料,研究不同改性方式及SiO_2含量下复合材料的介电特性。X射线光电子能谱及傅里叶红外光谱分析表明,端羧基超支化聚酯经100℃、40 min共混反应可成功接枝至纳米SiO_2表面;材料断面扫描电镜分析表明,质量分数为10%掺杂时,经超支化表面接枝改性的纳米SiO_2在EP溶液中不易团聚;热刺激去极化电流测试表明,纳米复合材料内部出现0.86～1.15 eV深陷阱;质量分数为7%掺杂比例下,复合材料的交流击穿电场强度比单纯偶联剂改性方式提高了19%;质量分数为5%掺杂比例下,工频下材料的介质损耗因数和介电常数分别下降至0.58%和4.38;研究结果表明超支化聚酯处理可在纳米SiO_2表面引入超支化基团。长链自由基的引入可抑制纳米SiO_2团聚,增强无机粒子与环氧基团的结合强度,并在纳米SiO_2/EP界面区域引入深陷阱,进而显著改善复合材料的介电特性。     

硅/石墨/碳/碳纳米管复合负极材料的电化学性能

以纳米硅(Si)、天然石墨(NG)、多壁碳纳米管(MWCNTs)和沥青为前驱体通过不同程序制备了Si/NG/DC/MWCNTs复合材料(DC为裂解碳)。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征了复合材料的组成和形貌结构。恒电流充放电和交流阻抗(EIS)测试表明,纳米管的加入顺序对Si/NG/DC/MWCNTs复合材料的电化学性能有显著的影响。在优化条件下制备的Si/NG/DC/MWCNTs复合材料第二个循环的可逆比容量为654mAh/g,在随后的循环中可逆比容量逐渐增大,最高可逆比容量达706mAh/g,经70个循环后可逆比容量为666mAh/g。Si/NG/DC/MWCNTs电化学性能的提高主要是MWCNTs在一定程度上保持了电极导电网络的完整性。     

碳纳米管、蒙脱土共掺杂环氧树脂复合材料介电性能研究

本文以双酚A型环氧树脂(EP)为基体,利用酸化处理的多壁碳纳米管(C-MWNTs)及有机化蒙脱土(O-MMT)共同对环氧树脂进行改性,并采用溶液共混法制备EP/C-MWNTs/O-MMT复合材料。用FT-IR及SEM对处理前后的碳纳米管及蒙脱土进行表征,并对所制备的复合材料介电性能进行测试,分析并探求碳纳米管掺杂量对EP/C-MWNTs/O-MMT复合材料介电性能的影响。测试结果表明,加入少量C-MWNTs及适量O-MMT的EP/CMWNTs/O-MMT复合材料的体积电阻率与未改性EP相比仅下降了1个数量级,同时其击穿场强稍有提高;纳米组分与环氧树脂基体形成的界面对偶极极化有一定的抑制作用,可降低改性后EP复合材料的介电常数,当O-MMT掺杂量为6.0wt%、C-MWNTs掺杂量为0.3 wt%时复合材料的介电常数可降至2.9,而复合材料的介电损耗并无明显变化。     

片状氧化铝对环氧树脂复合材料性能的影响

本文通过熔盐法制备氧化铝纳米片,采用浇注法制备氧化铝/环氧树脂(Al₂O₃/EP)复合材料,并对氧化铝结构及复合材料性能进行表征和测试。结果表明：Al₂O₃纳米片的掺杂可以显著提高环氧树脂复合材料的导热性能和击穿性能,当Al₂O₃的质量分数达到70%时,复合材料的导热系数与纯环氧树脂相比提高了4.56倍,电气强度由纯环氧树脂的48.8 kV/mm提高到58.5 kV/mm,提升了约19.88%。同时,复合材料的介电性能随着氧化铝含量的增加有明显的提升。     

纳米SiO_2复合改性绝缘纸的制备

通过在聚酰胺酸预聚体溶液中加入改性后的纳米Si O_2颗粒,浸渍绝缘纸,升温固化制得纳米Si O_2复合改性绝缘纸。对氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性前后纳米Si O_2复合绝缘纸表面进行SEM、FTIR对比分析,探索APTES改性对Si O_2分散性的影响机理;通过对其力学性能和电气强度的测试分析,研究纳米Si O_2的最佳掺杂比例及复合绝缘纸的固化工艺。结果表明:氨丙基三乙氧基硅烷有助于提高纳米Si O_2粒子在基体中的分散性,当纳米Si O_2含量为3%、PAA固含量为20%、固化温度为180℃时,纳米Si O_2复合绝缘纸的综合性能最佳,复合改性后的绝缘纸抗张强度、电气强度显著提高。     

Fenton试剂作用下PVP接枝碳纳米管及其环氧复合材料的制备与性能研究

为提高碳纳米管（CNTs）在环氧树脂（EP）纳米复合材料中的分散性以及两者的界面相互作用,从而制备综合性能优良的EP纳米复合材料,本研究在Fenton试剂作用下通过共价键作用将PVP高分子链接枝到CNTs表面,研究改性CNTs在乙醇和丙酮中的分散性,然后将改性后的CNTs与EP复合制备得到纳米复合材料,并对纳米复合材料...     

多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料电性能分析

采用混酸氧化多壁碳纳米管(MWCNTs),制备了多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)对处理前后MWCNTs的形貌进行表征,研究MWCNTs的含量对复合材料电性能的影响。结果表明:随着MWCNTs含量的增加,复合材料的体积电阻率下降,材料的介电常数和介质损耗有不同程度的上升。     

环氧接枝多壁碳纳米管改性环氧树脂复合材料的热学与耐电烧蚀性能研究

通过硅烷偶联剂将环氧链段接枝到多壁碳纳米管表面,再将其加入环氧树脂中制备了环氧接枝多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料,并对环氧树脂及其复合材料的力学、热学和耐电烧蚀性能进行了研究。结果表明:接枝环氧链段的多壁碳纳米管和树脂基体有较好的界面相容性,环氧接枝多壁碳纳米管的加入使复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了52.98%和72.86%。随着环氧接枝多壁碳纳米管质量分数的增加,复合材料的玻璃化转变温度和热导率均有所提高,在质量分数为0.8%时分别提高了11.15℃和37.57%。较低填料含量下,环氧接枝多壁碳纳米管的加入对环氧复合材料的耐电烧蚀时间影响不大,环氧接枝多壁碳纳米管质量分数为0.05%的复合材料平均耐电烧蚀时间比纯环氧树脂增加了5 s。     

功能化掺杂对交联环氧树脂/碳纳米管复合材料热力学性能影响的分子动力学模拟

为探究不同功能化碳纳米管掺杂对环氧树脂/碳纳米管复合材料热力学性能的影响,基于分子动力学模拟方法,建立掺杂功能化碳纳米管(CNT)的环氧树脂(EP)基纳米复合材料:纯环氧树脂模型及分别掺杂未功能化、氨基功能化、羧基功能化和羟基功能化的七种EP/CNT模型(其中,功能化CNT分别接枝4或8个官能团).基于上述模型,在LAMMPS下计算热扩散系数(热导率和比热容)、玻璃转化温度及力学性能.结果表明,掺杂碳纳米管的环氧树脂纳米复合材料的各性能都有不同程度的提升,掺杂接枝8个官能团碳纳米管的EP/CNT性能提升均明显高于掺杂接枝4个相对应官能团EP/CNT的性能.其中,EP/AFCNT8在热导率、热扩散系数及力学性能上提升最明显,整体热导率和热扩散系数分别提升了54.92％和67.30％;EP/HFCNT8具有最大玻璃转化温度,提升幅度为69.47K,EP/AFCNT8提升幅度仅次于EP/HFCNT8,为58.97K.在400K时,EP/CFCNT8具有体积模量和杨氏模量最明显的提升,分别为52.4％、35.5％;因为氨基与环氧基体的交联反应,EP/AFCNT8各模量整体上提升较为明显,可更好地保持良好的力学性能.     

多壁碳纳米管协同改性及高介电纳米复合材料的制备

以硬脂酸(SA)和铝酸酯(ACA)为改性剂,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为表面活性剂对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行协同改性。然后以改性碳纳米管为填料,硅橡胶(SR)为基体,通过溶液共混方法制备了MWCNTs/SR复合材料,研究协同改性对MWCNTs/SR复合材料性能的影响。由SEM表征可知,协同改性后碳纳米管在复合材料中的分散性得到改善。通过TGA表征发现,碳纳米管经协同改性之后能显著提高复合材料的热稳定性,与未改性MWCNTs/硅橡胶复合材料相比,其分解温度(T(onset))由438.9℃提高到473.2℃。在100 Hz条件下,MWCNTs/SR复合材料的介电常数由270增至970,增幅高达259%。经协同改性制备的复合材料具有更高的介电常数,且介质损耗基本不变。     

微纳多级氧化铝/环氧复合材料的性能研究

单一类型的氧化铝填料在复合材料中通常会出现界面粘合性差或者分散性差的问题,影响材料的导热性能。为了克服这些问题,制备了一种具有微纳多级氧化铝包覆结构的杂化填料(micro@nano-Al_2O_3)。首先通过带有氨基和环氧基封端的硅烷偶联剂对两种尺寸的氧化铝(micro-Al_2O_3和nano-Al_2O_3)进行表面改性,然后通过化学交联实现包覆效果,并与环氧树脂混合制备了环氧复合材料。结果表明:对于填料体积分数为70%的环氧复合材料,当nano-Al_2O_3与micro-Al_2O_3的体积比为1∶5时,填充micro@nano-Al_2O_3的复合材料导热系数达到最高值2.20 W/(m·K),比仅填充纯micro-Al_2O_3和纯nano-Al_2O_3的复合材料分别提升了18.6%和23.0%,比填充相同含量未改性氧化铝(micronano-Al_2O_3)的复合材料提升了12.3%。此外,该复合材料还保持了良好的介电性能和热稳定性。     

碳包覆硅/碳复合材料的制备与性能研究

为提高锂离子电池商容量Si/C复合负极材料的电化学性能,采用喷雾干燥法制备了核壳结构的碳包覆Si/C复合材料.碳包覆Si/C复合材料为近球形颗粒,形貌规整,粒度分布均匀,呈正态分布,其物相结构和嵌脱锂的电化学反应与Si/C复合材料保持一致.碳包覆后,减小了充放电过程中复合材料电极的极化,电压滞后现象得到了显著的改善.碳包覆Si/C复合材料的最大放电比容量为512 mAh/g,略低于包覆前的材料,但循环稳定性大大提高,50次循环后的容量保持率为96%.     

纳米Al_(2)O_(3)/环氧树脂复合材料微秒脉冲沿面闪络特性研究北大核心CSCD

GIS中由于开关分合闸等操作而引发的内部脉冲过电压会导致绝缘件表面出现多次闪络击穿等问题。因此,文中研究了不同纳米Al_(2)O_(3)填充含量下环氧树脂复合材料在微秒脉冲电压下的沿面闪络特性;并针对1.5%Al_(2)O_(3)/EP复合材料在脉冲电压频率为10 kHz,幅值为18 kV,电极间隙为10 mm下开展沿面闪络老化试验,对比老化前后闪络电压最小值和表面电阻变化趋势,分析不同程度的老化对绝缘材料表面微观形貌、元素成分以及电气性能的影响。结果表明,预加直流电晕放电能够降低环氧树脂材料的闪络电压,且当纳米Al_(2)O_(3)填充含量为1.5%时对闪络现象的抑制效果最为显著。同时,环氧树脂复合材料在经过沿面闪络老化试验后,老化区域C、O元素之比降低,材料表面形成大量凸起颗粒和裂纹,使其呈现疏松、亲水等特点。研究结果可为提升环氧树脂表面耐压能力提供指导意义。     

低气压介质阻挡放电条件下纳米SiO2表面氟化研究

为改善纳米颗粒的团聚问题,有效提升复合材料的绝缘性能,首先对低气压下基于介质阻挡放电的纳米Si O_2表面氟化过程展开研究,重点讨论了Si O_2表面氟化过程及其主导放电条件。然后基于等离子体放电特性和发射光谱诊断,分析了CF_4/N_2混合气体等离子体的放电及分布特性,并对表面氟化处理纳米Si O_2进行微观表征。最后初步分析了该氟化技术对环氧基体电气性能的影响。研究结果表明:气压为10～13.5 k Pa、电压为5～7 k V的CF_4/N_2低温等离子体在放电空间内呈现均匀分布;研究范围内的CF_4/N_2低温等离子体的电子温度最低为0.497 e V,可实现CF_4中C—F断键,为Si O_2表面氟化创造条件;对纳米Si O_2进行10 min等离子体有效氟化,F元素质量分数达到10.05%,且以CF_2主要形式存在;纳米Si O_2团聚现象得到有效改善,在环氧基体中的分散更加均匀。掺杂Si O_2质量分数为5%的氟化填料后,环氧树脂局放起始电压提升最明显,较同掺杂含量未氟化试样提高17.21%。结果证明等离子体填料氟化处理Si O_2填料的的可行性,为氟化改性纳米填料提供新的研究思路。     

γ-Fe2O3/碳纳米管复合材料的化学气相法制备及磁性

利用化学气相沉积法,以二茂铁和水为原料,在碳纳米管表面包覆氧化铁纳米颗粒,制备出磁性氧化铁/碳纳米管复合材料。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)以及振动样品磁强计(VSM)对复合材料进行了表征。结果表明,包覆在碳纳米管上的是γ相Fe2O3纳米颗粒,它们均匀分布在碳纳米管表面。随着合成温度的升高,γ-Fe2O3纳米颗粒的平均粒径增大,γ-Fe2O3/碳纳米管复合材料的饱和磁化强度和矫顽力也随之增大。因此,通过简单的合成温度调节即可以实现碳纳米管复合材料纳米颗粒尺寸和磁性的控制。     

蒙脱土改性环氧树脂复合材料的制备及性能研究

通过把有机蒙脱土(oMMT)分散到环氧树脂(EP)中制备出环氧树脂/有机蒙脱土(EP/oMMT)纳米复合材料.利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对EP/oMMT纳米复合材料的微观结构进行了分析表征,利用热重分析仪、马丁耐热试验仪、冲击试验仪和介损分析仪测试了该复合材料的耐热性能、机械性能和介电性能.结果表明:有机蒙脱土以球形和蜷曲带形两种形态存在于树脂基体中,平均尺寸为20nm;混合温度为90℃时所得复合材料中oMMT的分散性较好,EP和oMMT的两相界面粘接也较好,复合材料的马丁耐热温度和冲击强度比未改性树脂分别提高了10℃和31.6%.复合材料的冲击强度随蒙脱土含量的增加而提高,并在蒙脱土含量为2phr时达到最大值23.6kJ/m2;通过研究复合材料的两相结构与冲击韧性的关系,推断出蒙脱土增韧环氧树脂的增韧机理为基体的剪切屈服机理;复合材料的介电常数(εr)和介电损耗角正切(tanδ)均有所降低,εr随温度的变化趋势与未改性环氧树脂相似,而蒙脱土的加入延缓了tanδ随温度增加而增大的速率.