磺化聚苯乙炔/多壁碳纳米管复合材料导电特性和机理的研究

将磺化聚苯乙炔(SPPA)与多壁碳纳米管(MWCNTs)超声共混制备得到SPPA/MWCNTs复合材料. 用X光电子能谱仪、固体紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、四探针、场发射扫描电镜等对复合材料导电特性及机理进行研究. 结果表明: SPPA/MWCNTs 复合材料中SPPA与MWCNTs发生电荷转移而被掺杂, 并且由于SPPA与MWCNTs间的电荷转移, 彼此间存在一定的相互作用力; 复合材料电阻呈负温度系数效应; SPPA/MWCNTs复合材料电导率发生两次突跃. 可能的导电机理为, 复合材料中SPPA不仅被MWCNTs物理填充, 同时还被MWCNTs掺杂, 复合材料中存在两种导电通路, 一是SPPA与MWCNTs的碳原子发生电荷转移而被掺杂, 彼此之间存在一定的相互作用力, 导致SPPA包裹MWCNTs形成独立导体单元, 这种独立单元相互接触形成导电通路; 二是MWCNTs彼此之间相互接触形成导电通路, 并建立了该导电机理的理论模型.     

低剪切混合方法制备炭黑/聚丙烯纳米复合材料及其电性能研究

采用一种在低剪切应力场下纳米复合材料的加工方法,制备得到纳米炭黑(CB)粒子在聚丙烯(PP)中以纳米尺度分散的聚合物导电复合材料.扫描电镜观察表明CB粒子在纳米复合材料中以纳米尺度存在,并均匀的分布在PP基体中.电性能测试发现,通过这种低剪切混合方法得到的纳米复合材料具有非常低的导电逾渗阈值(vc=2.49vol%)和较高的临界电阻指数(t=5.82),很大的偏离了普适逾渗理论.基于隧道逾渗模型对体系的电导率进行了模拟,并对CB的分散状态与导电网络的关系进行了分析.发现当纳米CB粒子以纳米尺度分散于基体中时,并不遵从接触导电机理,而是隧道逾渗机理在CB/PP纳米复合材料中起主导作用.     

聚噻吩/多壁碳纳米管复合材料结构与导电机理的研究

从结构和相互作用方面对聚噻吩(PTh)/多壁碳纳米管(MWNTs)复合材料进行了研究, 结果表明: 一方面聚噻吩本身的结构对其导电性能有一定的影响, 另一方面MWNTs作为一种掺杂剂, 和聚噻吩之间存在强的相互作用, 电子从MWNTs转移到聚噻吩. MWNTs和它周围被掺杂的聚噻吩通过π-π共轭作用形成相对独立的导电单元, 在复合材料的导电体系中起到主要作用, 随着这种导电单元数量的增加直至相互接触, 形成大的导电体系, 复合材料的电导率达到最大值.     

聚3-辛基噻吩/MWNTs复合材料的导电性能研究

采用在氯仿溶液中超声共混, 制备聚3-辛基噻吩(P3OT)和多壁碳纳米管(MWNTs)复合材料. 当MWNTs掺杂量为3%时复合材料的电导率为1.43 S•m－1, 达到纯MWNTs的电导率水平. 用FTIR光谱, TG, UV-Vis光谱, XPS和FESEM进行研究分析, 认为MWNTs的离域电子与P3OT主链上的π电子之间形成π-π共轭, 增加了P3OT主链的有效共轭度, 被掺杂的P3OT具有很高的电导率, 提高了复合材料的导电性能. MWNTs与被掺杂的P3OT组成相对独立的导体单元, 对复合材料的导电网络形成起着主要作用.     

聚丙烯/石墨纳米复合材料的导电性能研究

磨盘碾磨固相剪切复合技术(S3C)是制备聚合物 石墨导电复合材料的有效途径,所得聚丙烯 膨胀石墨复合材料具有纳米插层复合结构,石墨纳米片层的相互搭接可形成导电网络,具有纳米间隙的石墨插层结构可形成隧道电流,从而大幅度降低复合体系的导电逾渗阈值,在低填充量实现聚合物复合材料高电导性,与熔体共混相比,导电逾渗阈值由4 .3vol%降低到0 . 5 5vol% ,在石墨含量为4 .0 1vol%时,电导率提高10个数量级.     

超临界二氧化碳流体环境中导电聚吡咯复合材料的制备

以聚苯乙烯(PS)和锌盐中和的磺化聚苯乙烯(Zn-SPS)膜为基体, 在超临界二氧化碳(SC-CO₂)环境中用化学氧化法原位制备了聚吡咯(PPy)导电复合材料. 由于SC-CO₂对聚合物基体的强溶胀作用, 吡咯分子高效地扩散到基体内部进行聚合而形成导电通路, 得到比传统的水溶液法更高的电导率. 聚合物基体的性质对复合材料的导电性和形貌产生重要影响. 在相同条件下, Zn-SPS/PPy的电导率比PS/PPy高3~4个数量级, 而它们的体积逾渗阈值分别为2.7%和6.2%, 远远低于理论预测值(16%).     

不同质子酸掺杂对银/聚苯胺纳米复合材料结构和导电性的影响

利用紫外光作为辅助条件,在反胶束体系中采用一步双原位法合成了硝酸(HNO3)、对甲基苯磺酸(TSA)和5-磺基水杨酸(SSA)掺杂的银/聚苯胺(Ag/PANI)纳米复合材料.通过对复合材料进行红外光谱(FTIR)、紫外光谱(UV-Vis)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和导电性能的测试,研究了不同质子酸对Ag/PANI纳米复合材料结构、形貌和导电性能的影响.测试结果表明,3种酸掺杂制备的Ag/PANI纳米复合材料均为聚苯胺包覆银粒子的核-壳结构.不同的质子酸掺杂会对Ag/PANI纳米复合材料的电性能有重要影响.在3种酸掺杂的复合材料中,TSA掺杂的复合材料的电导率最佳,为215.14 S·cm-1.     

聚噻吩/多壁碳纳米管复合材料的导电性能

通过共混多壁碳纳米管(MWNTs)和聚噻吩(PTh), 制备了PTh/MWNTs复合材料, 复合材料表现出良好的导电性能(电导率达16.1 S/m). 通过Raman, TG, XPS, UV-Vis等对复合材料进行了分析, 结果表明, MWNTs和 PTh之间存在强的相互作用, MWNTs上的离域电子与噻吩共轭主链上的π电子之间形成π-π共轭, 电子从MWNTs转移到聚噻吩, 增加了噻吩主链的有效共轭长度, 提高了复合材料的导电性能. FESEM分析表明, MWNTs和它周围被掺杂的聚噻吩通过π-π共轭作用结合在一起, 形成相对独立的导电单元, 在复合材料的导电体系中起到主要作用.     

多壁碳纳米管/溴/聚苯乙炔三元复合材料导电性能的研究

通过机械共混和溶液共混制备了多壁碳纳米管(MWNTs)/溴/聚苯乙炔(PPA)三元复合材料, 复合材料表现出良好的导电性能, 电导率为10 S/m, 达到掺溴MWNTs的导电水平. 通过固体紫外光谱、XPS和SEM分析了复合材料中MWNTs、溴与PPA三者之间的相互作用, 研究了独立导电单元的形成, 以及导电单元对电导率提高所起的作用. 结果表明, 当MWNTs含量较低时, MWNTs和PPA之间的溴转移导致复合材料电导率降低; MWNTs含量较高时, 独立导电单元的数目增多, 复合材料的电导率随之大幅提高.     

多壁碳纳米管/溴/聚苯乙炔三元共混物导电性能的研究

通过机械共混和溶液共混制备了多壁碳纳米管(MWNTs)/溴/聚苯乙炔(PPA)三元复合材料,复合材料表现出良好的导电性能,电导率为10S/m,达到掺溴MWNTs的导电水平.通过固体紫外光谱、XPS和SEM分析了复合材料中MWNTs、溴与PPA三者之间的相互作用,研究了独立导电单元的形成,以及导电单元对电导率提高所起的作用.结果表明,当MWNTs含量较低时,MWNTs和PPA之间的溴转移导致复合材料电导率降低;MWNTs含量较高时,独立导电单元的数目增多,复合材料的电导率随之大幅提高.     

Positive Temperature Coefficient Characteristics of Multi-walled Carbon Nanotube Filled Polyvinylidene Fluoride Nanocomposites

Composites of polyvinylidene fluoride (PVDF) and multi-wall carbon nanotubes (MWNT) were prepared by a melt mixing process. Temperature dependence of electrical properties of the nanocomposites was investigated for composites containing different amounts of MWNT. An obvious positive temperature coefficient was observed. It was found that resistivity of the composites was decreased with increasing MWNT content and the electrical percolation threshold was formed at 3 wt% MWNT, which were caused by the formation of conductive chains in the composites. The mechanism of the positive temperature coefficient behavior of the nanocomposites is discussed. The rheological results showed that the materials experience a fluid–solid transition at the composition of 2 wt%, beyond which a continuous MWNT network forms throughout the matrix leading to a percolated network structure, which further indictes the nanotubes were dispersed uniformaly, in the PVDF matrix.     

聚乙烯/聚并苯复合材料室温电阻率变化规律研究

以新型导电材料聚并苯替代碳黑作为导电填料制备聚乙烯/聚并苯复合物.确定了复合物渗流转变区,并解释渗流转变现象的产生机理.从聚并苯含量和热处理过程,对聚乙烯/聚并苯复合物室温电阻率变化规律进行讨论.结果表明,聚并苯质量分数在20%～40%之间是聚乙烯/聚并苯复合物渗流转变区;热处理有利于聚乙烯晶区完善排列,也有利于导电链形成;以聚并苯作为导电填料所制备的复合物具有较高的PTC强度;辐射交联可以提高聚乙烯/聚并苯复合物PTC强度,抑制NTC效应.     

Electrical conducting behaviors in polymeric composites with carbonaceous fillers

Several kinds of polymer composites with carbonaceous fillers such as carbon black (CB), vapor‐grown carbon fiber (CF), and carbon nanotube (CNT) are prepared by a gelation/crystallization process or a melt mixing method. The electrical phenomena, changes of electrical conductivities with different filler's type, filler's concentration and temperatures, and the mechanism of electron transport in these carbon‐filled polymer composites are directly influenced by the geometric grain shape and aggregating morphology of the fillers dispersed in the polymer matrix. For the composites of CB and CF, long‐range macroscopic conduction are governed by the percolation phenomenon, the conduction is behaved through the conductive path formed by the conductors' contacting, and the thermal expansion changes the physical dimensions of the entire electrical network and leads to the changes in the electrical phenomenon. Microscopic conduction between conductive elements is influenced by the tunneling barrier or tunneling voltage, which varies with the temperature change, explaining the apparent observation of the temperature dependence of the composites. In comparison with fillers of CB and CF, the CNT performs unique electric properties for their nonspherical geometry and morphology as a three‐dimensional network (high structures), which has been visually proved by SEM photos in our former research, leading to the percolation threshold lower than 1% in the volume fraction and much less temperature dependence in its composites. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys 45: 1037–1044, 2007     

溴吸附对碳纳米管导电性能的提高

通过溴蒸气的吸附, 提高多壁碳纳米管(MWNT)的本征导电性能,加溴多壁碳纳米管的电导率提高3倍. 通过拉曼光谱, 紫外可见光谱, 红外吸收光谱, 近红外吸收光谱和X光电子能谱等方法研究, 结果表明: 溴与多壁碳纳米管之间存在共轭作用, 使多壁碳纳米管表面的电子云分布发生了变化, 导致空穴载流子的产生, 增加了载流子浓度, 提高了多壁碳纳米管的导电性能.