碳納米管-聚合物復合材料電學性能研究.pdf

1、自碳納米管（carbon nanotubes CNTs）發(fā)現(xiàn)以來，由于其極高的強度、韌性、以及極大的長徑比和優(yōu)良的導電性能，使其有望成為復合材料理想的增強體。近年來，碳納米管/聚合物復合材料的研究已經成為新材料研究的熱點。 聚合物一般具有加工性能好，密度低，機械性能好等優(yōu)點，但是傳統(tǒng)聚合物導電性能差。共軛導電聚合物雖然具有相對較好的導電性，但是加工性能差，因此很大程度上限制了其廣泛的應用。由于碳納米管具有優(yōu)良的導電性能和極大的長

2、徑比，如果把少量的碳納米管加入到聚合物基體中，可以在保持聚合物優(yōu)良的加工特性和低密度等優(yōu)點的同時，極大得改善復合材料的導電性。因此碳納米管改性聚合物復合材料在電磁屏蔽、靜電噴涂、靜電消除等領域具有非常大的應用前景。 碳納米管在基體中的無序分布制約了復合材料在場發(fā)射，納米電子器件等眾多領域內的應用。為了實現(xiàn)碳納米管的高度有序定向排列，在基體材料溶液澆鑄過程中，采用反復機械拉伸的方法，即將半干狀態(tài)的單壁碳納米管（Single—wal

3、led carbonnanotubes，SWNTs）/雙酚A型環(huán)氧樹脂（E51）復合體系沿同一方向反復拉伸，合成了SWNTs定向排列并均勻分散的SWNTs/E51復合材料。SEM照片分析表明，SWNTs沿拉伸方向排列且均勻分散。實驗結果顯示SWNTs/E51復合材料的電導率、機械性能得到明顯提高，并表現(xiàn)出清晰地滲流現(xiàn)象和顯著各向異性。與垂直于拉伸方向相比，復合材料沿拉伸方向具有更高的電導率及更低的滲流閾值。 本文基于有效介質理論

4、（Effective—Medium Theory EMA）模擬計算了單壁碳納米管定向排列的SWNTs/環(huán)氧樹脂（epoxy resin）復合材料的電導率及滲流閾值，很好地解釋了傳統(tǒng)理論所不能解釋的電導率的低突增現(xiàn)象，在SWNTs/epoxy復合材料中表現(xiàn)出非常低的滲流閾值和強烈地各向異性。很容易看到，在SWNTs/epoxy復合材料中，當SWNTs的含量大于復合材料滲流閾值時，少量的SWNTs可極大地提高復合材料的電導率，同時復合材料的