功能三维石墨烯-多壁碳纳米管/热塑性聚氨酯复合材料的制备及性能

采用水热还原法将羧基化多壁碳纳米管（MWCNTs—COOH）接枝到氧化石墨烯（GO）上,经冷冻干燥得到三维石墨烯-多壁碳纳米管气凝胶（GA-MWCNTs）,再以热塑性聚氨酯（TPU）为填充体,通过真空浸渍法制得三维石墨烯-多壁碳纳米管/热塑性聚氨酯（GA-MWCNTs/TPU）复合材料。借助FTIR、Raman、XPS、TEM、SEM,对GA-MWCNTs的化学结构、微观形貌进行表征,并通过TGA-DSC、电阻测量仪和力学试验机,分析MWCNTs—COOH质量分数对GA-MWCNTs/TPU复合材料性能的影响。结果表明:MWCNTs—COOH在GO片层间起到交联和支撑作用,形成了蜂窝状三维网络结构,其孔径约为1.2 mm;当MWCNTs—COOH质量分数（以120 mg GO为基准）为10wt%时,GA-MWCNTs/TPU复合材料的导电性、热稳定性、力学性能均得到改善,相比于GA/TPU,体积电阻率降低了63.0%、热分解温度提高了7℃、30%应变下的应力提高了8.2%。      

乙炔炭黑表面氧化改性及对硅橡胶压阻特性的影响

采用气相法和液相法分别对炭黑表面进行氧化预处理,通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜能谱分析等分析手段对处理后炭黑的结构进行了表征,并将其填充到硅橡胶中制成导电橡胶复合材料。通过扫描电镜对试样进行形貌分析,并以压阻试验台测试了所制试样的压阻性能。实验结果表明,在橡胶基质中气相法处理的炭黑分散性好于液相法,结果与炭黑在水溶性基质中的分散性相反。在200℃通O2氧化1h得到的炭黑表面修饰的羟基、羧基等含量高,在硅橡胶中的分布均匀,处理后炭黑的填充导电橡胶电阻降低1个数量级,并且呈良好压阻特性,进一步提高了基于导电橡胶的柔性压力传感器的应用范围。     

碳系填充型导电聚氨酯弹性体性能研究

以预聚体法制备了导电聚氨酯弹性体,分析了乙炔炭黑、超导炭黑、多壁碳纳米管和纳米石墨4种导电填料以不同含量在复合材料中的内部结构形态,并研究了复合材料的体积电阻率、力学性能及热稳定性。通过分析添加量与体积电阻率的关系得到4种复合材料的渗滤阈值,对比分析了复合材料的硬度、拉伸强度和扯断伸长率,采用热重分析仪对热分解过程进行研究和探讨。结果表明:导电填料粒径越小,比表面积越大,可在较低含量时达到渗滤阈值。添加多壁碳纳米管的复合材料,其力学性能得到有效提高。在最大失重阶段的热分解上,超导炭黑填充型材料分解温度为435±3℃,较其他复合材料高20℃左右,具有较好的高温热稳定性。     

三维石墨烯/聚氨酯复合材料的制备与特性

以氧化石墨烯(GO)为网络骨架的前驱体,通过水热还原、冷冻干燥制备了石墨烯气凝胶(GA);再以聚氨酯(PU)为复合材料的填充体,调节PU软硬度与流动性并真空浸渍气凝胶GA,两步法制备出互咬型三维石墨烯/聚氨酯(3DGP)复合材料。利用SEM、Raman、FTIR对GO、GA、3DGP的结构与形貌进行了表征,并采用TGA-DSC和自制压阻测试平台分析热稳定性和压阻特性。结果表明:6 g/L GO水溶液在还原剂乙二胺(EDA)作用下,GO片层间相互连接形成规整蜂窝状三维网络结构,其孔径约0.8mm,3DGP中PU与GA能很好地咬合;三维网络骨架的连续性为热运输载体声子提供了良好通道,使得3DGP热稳定性能显著提升,失重率5%时温度较PU提升了45℃;具有低迟滞性(8.7%)并且在压阻测量区间表现出两种压阻效应。     

基于LMS Test.Lab的导电橡胶动态特性研究

搭建了基于LMS Test.Lab的分析试验系统,进行力锤系统与激振系统的配置,对导电橡胶进行了试验,并对测试数据进行分析.其结果对于进一步改进导电橡胶压力传感器提供了理论依据.研究表明:导电橡胶作为柔性压力传感器基材具有较好的阶跃响应特性与频率响应特性,其固有频率随着导电橡胶厚度的增大而增大.     

基于聚氨酯的高分子功能材料的导电响应特征

复合型弹性体功能材料运用于柔性传感领域具有广阔前景,电学特性是影响功能性的关键。分别将超导炭黑、碳纳米管、石墨与聚氨酯柔性基体共混融合合成一类弹性体功能复合材料,研究了复合材料在不同弹塑性变形特性情况下的电学性能,探索了复合材料在外力作用以及不同形变弯曲角度情况下的电学特征,讨论了不同温度环境对复合材料电学性能的影响规律。研究表明填料导电性能越好,在复合材料硬度范围60～80 HA的电阻率变化越小;施加外力作用时,复合材料电阻率刚开始突变明显,在7～8 N以后变化平缓均保持较好的线性度;材料从180°到100°形变弯曲时,电阻均呈下降趋势,添加导电性强的填料的材料线性度较好;温度上升,电阻先增后降,均具有正温度系数效应又具有负温度系数效应,转折点在60℃左右。研究结果为进一步研发基于复合弹性体功能材料的柔性传感器提供了参考。