1-3型碳管/硅橡胶纳米复合材料设计、制备与新颖压阻机制及介电性能的研究

由于独特的力学性能和导电性能,碳纳米管在复合材料领域有其潜在的应用.本项目提出将碳管与硅橡胶通过合适的工艺复合,设计制备成1-3连通型碳管/硅橡胶纳米复合材料,研究其压力-电阻(压阻)特性与其多层次结构、组成、硬度或杨氏模量等关联,并通过对介电性能研究解释压阻特性的本质原因.我们前期研究初步表明:碳管/硅橡胶复合材料与炭黑/硅橡胶复合材料的压阻行为迥异,表现在碳管/硅橡胶复合材料的电阻随压力增加而增大,但炭黑/硅橡胶材料的电阻随压力增加而减小,初步认为是由于所使用的碳管(1维纳米结构,长径比大)和炭黑(0维纳米结构,长径比近于1)的结构影响所致.基于这些结果,我们提出通过在复合材料中添加极少量的绝缘纳米颗粒,人为构造硬度或杨氏模量较大的"微区域",即通过设计复合材料特殊的组成和结构，结合试验结果和数值模拟等揭示碳管/硅橡胶复合材料的新颖压阻机制,研究结果对于新型力敏压阻器件的应用有指导意义

1）对高介电常数聚合物复合材料在新技术领域中的重要性和面临的挑战进行了综述，列出了纳米介电领域的重要研究方向。2）对以碳纳米管（CNT）为填料的介电聚合物复合材料，研究了表面处理对其聚偏氟乙烯（PVDF）复合材料介电性能的影响；用熔融共混制备填充有不同浓度CNT、炭黑（CB）及共填料的热塑性弹性体（TPE）电逾渗复合材料，研究了填料类型及组成对体系电性能的影响；通过熔融共混制备了不同长径比多壁碳纳米管（MWCNT）/TPE聚合物纳米复合材料；研究了MWCNT共填料对电缆半导性绝缘层电阻率稳定性的影响；用共填料CNT和CB填充不相容共混物超高分子量聚乙烯（UHMWPE）/PVDF体系来加强其电阻的正温度系数（PTC）；通过控制MWCNT和碳化硅（SiC）纳米颗粒共填料的选择性分散来获得PVDF/聚苯乙烯（PS）不相容共混物的高热导和高电阻；通过熔融共混，将不同长径比的MWCNT均匀分散于TPE中，以研究其对复合材料压阻性的影响；制备了以聚丙烯/三元乙丙橡胶（PP/EPDM）为基体、三种不同碳材料为分散相的电导性TPE复合材料；研究了MWCNT在不相容共混物PS/PVDF中的选择性分散及其对复合材料介电性能的影响。3）对以石墨烯为填料的介电聚合物复合材料，通过溶液铸膜的方法制备了分别以还原氧化石墨烯（rGO）和聚乙烯醇（PVA）改性的rGO为填料的PVDF纳米复合材料；制备了以PVDF为基体，以表面功能化石墨烯纳米片和钛酸钡（BT）纳米颗粒为填料的高介电常数复合材料；制备了以烷基功能化石墨烯（G-ODA）为导电性填料、以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为聚合物基体的压阻纳米复合材料；制备了rGO/PP（rGO/PP）复合材料；研究了熔融共混过程中氧化石墨烯（GO）在聚苯乙烯-乙烯/丁烯-聚苯乙烯（SEBS）三嵌段共聚物基体中的原位热还原。4）对以BT为填料的介电聚合物复合材料，研究了低频下BT/PVDF纳米复合材料膜中无机纳米颗粒尺寸对介电性能的影响；对BT/热固性聚酰亚胺（PI）纳米复合材料膜的介电常数进行了拟合；用旋涂法和热压制备了三明治型多层膜结构的高介电常数BT/PVDF纳米复合材料；制备了BT/PVDF和BT/PI纳米复合材料膜；研究了以硅橡胶为基体、以CB和BT为填料的介电弹性体（DE）的介电性能。5）还研究了以其它相关材料为填料的介电聚合物复合材料。