1、 毕业设计（论文）题目名称：PMMA 含量对 PMMAPANCNT 体系导电性能的影响 院系名称：材料与化工学院班 级：高分子 092学 号：200901544223学生姓名： 指导教师： 12013 年 5 月论文编号：200901544223Effect of PMMA content on the conductivity of PMMA / PAN / CNT system题目名称：PMMA 含量对 PMMAPANCNT 体系导电性能的影响院系名称：材料与化工学院班 级：高分子 092学 号：200901544223学生姓名： 指导教师： 2013 年 5 月中原工学院毕业设计论文PM
2、MA 含量对 PMMAPANCNT 体系导电性能的影响摘 要通过常规的溶液法制备的碳纳米管聚甲基丙烯酸甲酯聚丙烯腈复合材料，改变复合材料中 PMMA 含量然后用红外，透镜，扫描电镜以及探针导电测试其结构，热力学性能，分散性能等。结果表明，当碳纳米管含量一定时，改变复合材料中 PMMA 含量对其结构，热力学性能，导电性，及一些物理性能有显著的影响。关键词：碳纳米管，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，结构性能，导电，分散中原工学院毕业设计论文Effect of PMMA content on the conductivity of PMMA / PAN / CNT systemAbstractWe ch
3、ange the content of PMMA in CNT/PMMA/PAN composite prepared by conventional solution method and then use infrared, lens, mechanical properties of scanning electron microscope and probe conductivity test its structure, properties, dispersion. The results show that, when the content of CNT is certain,
4、 changing the content of PMMA in the composite material has obviously influence on the structure, mechanical properties, electrical conductivity and some physical properties of the composite material.Keywords: Carbon nanotubes，polymethyl 中原工学院毕业设计论文methacrylate，polyacrylonitrile ，structural properit
5、ies，electrical ，conductivity，dispersion中原工学院毕业设计论文1目录1 绪论 .21.1 研究本课题的目的及意义 .21.2 国内外研究现状 .21.2.1 导电高分子材料 复合型导电高分子材料 .21.2.2 碳纳米管结构和性能 4 .41.2.3 碳纳米管/高分子导电复合材料的制备方法 .41.2.4 碳纳米管/聚合物体系导电机理 .61.3 本课题研究意义 .82 实验部分 .102.1 试验试剂及原料 .102.2 试验仪器 .102.3 试验计算 .112.4 试验过程 .123 试验结果分析与讨论 .133.1 透射电镜分析 .133.2 红外
6、光谱分析 .133.3 导电率测试 .143.4 热分析曲线分析 .174 结论 .19参考文献 .20致谢 .22中原工学院毕业设计论文21 绪论1.1 研究本课题的目的及意义80 年代以来,作为高分子材料发展的一个新领域,导电高分子材料的研究与开发已成为功能高分子材料研究的一个重要方面。有关聚合物，碳纳米管复合材料的研究非常活跃 。碳纳米管具有高的长径比，其结构类似纤维，因而它的渗流阈值低，微量的碳纳米管就可形成导电通路，所以将碳纳米管加入到聚合物中可大大提高聚合物复合材料的导电性能。聚合物MWNT 导电复合材料是将碳纳米管产业化的一个重要途径，具有重大的理论和实际意义。首先是改善碳纳米管
7、在聚合物基体中的分散状态，深入研究其在聚合物基体中的取向对复合材料性能的影响，目的都是为了在尽量低的电渗流阈值下，使复合材料的电性能和力学、光学性能得到最优结合。化学修饰法能提高 CNTs 在聚合物中的分散性，但导电性会不会由此造成损害尚属未知。由于 CNTs 分散和与基体界面的结合问题始终没有得到彻底的解决，尚未有成熟的理论来解释 MWNT 和聚合物之间的相互作用机理，目前材料的一些性能还远达不到理想水平。其次，导电填料在聚合物共混体系中的不均匀分布现象对复合材料电学性能和力学性中原工学院毕业设计论文3能有重大影响，对碳黑以及碳纤维在聚合物共混体系中的选择性富集现象已有成熟的研究，但对碳纳米
8、管填充聚合物共混体系中这种现象研究甚少。1.2 国内外研究现状1.2.1 导电高分子材料复合型导电高分子材料长期以来,高分子材料由于具有良好的机械性能,作为结构材料得到广泛的应用。关于电性能,人们一直只利用高分子材料的介电性,将其作为电绝缘材料使用。而它的导电性的发现、研究及开发则比较晚,直到 1977 年才发现了第一个导电有机聚合物掺杂型聚乙炔,它具有类似金属的电导率。其后世界各国大批科学家相继研究导电高分子材料,成为高分子材料中非常活跃的一个领域 1。导电高分子材料按导电原理分为复合型导电高分子和结构型导电高分子两大类。所谓结构型导电高分子是高分子本身结构显示导电性,通过离子或电子而导电。
9、复合型导电高分子材料是通过在一般高分子中加入各种导电填料、添加剂,采用分散复合、层积复合、使其表面形成导电膜等方法制成。它的导电机理比较复杂。一般可分为导电回路如何形成以及回路形成后如何导电两个方面。对于第一个方面,人们是从导电渗滤现象开始研究的。大量的实验研究结果表明,当复合体系中导电填料的含量增加到某一临界含量时,体系的电阻率急剧降低,电阻率导电填料含量曲线上出现一个狭窄的突变区域, 在此区域中,导电填料含量的任何细微变化均会导致电阻率的显著改变,这种现象通常称为“渗滤”现象(Pereolation phenomenon) ,在突变区域之后 ,体系电阻率随导电填料含量的变化又恢复平缓。为了
10、解释复合型导电高分子的导电渗杂现象, 人们提出了各种不同的理论。其中较为成功的理论是 Miy asaka 等人提出的热力学理论。该理论认为高分子树脂基体与导电填料之间的界面效应对复合体系中导电回路的形成具有很大的影响。在复合型导电高分子材料的制备过程中,导电填料粒子的自由表面变成湿润的界面,形成聚合物填料界面层,体系产生了界面能过剩,随着导电填料含量的增加,聚合物填料的界面能过剩不断增大。当体系界面能过剩达到一个与聚合物种类无关的普适常数之后,导电粒子开始形成导电网络,中原工学院毕业设计论文4宏观上表现为体系的电阻率突降。复合型导电高分子材料是在通用树脂中加入导电填料、添加剂,采用一定的成型方
11、法而制得的。添加剂有抗氧剂、固化剂、溶剂、润滑剂等。复合型导电高分子的分类主要按基体树脂和导电填料的组合来定。(1)基体树脂 2主要有:聚烯烃 (聚乙烯、聚丙烯等)、聚氯乙烯、ABS、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯、酚醛树脂、环氧树脂、有机硅、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯等。(2)导电填料 3主要有:金属粉 (金、银、铜、镍)、金属纤维(铝纤维、黄铜纤维、铁纤维、不锈钢纤维等)、碳黑、石墨、碳纤维、镀金属玻璃纤维、镀银中空玻璃微球、碳黑接枝聚合物、金属氧化物、金属盐等。填料有球状、薄片状、树枝状、针状、带状、网状、纤维状等。薄片状比球状更有利于增大导电粒子间的相互接触。在一般情况下
12、,导电粒子越小越好,但必须有一个适当的分布幅度,以获得紧密堆积,增大接触面积,提高导电能力。1.2.2 碳纳米管结构和性能 4碳纳米管可看成是由石墨片层绕中心轴按一定的螺旋度卷曲而成的管状物,管子两端一般也是由含五边形的半球面网格封口。碳纳米管中每个碳原子和相邻的 3 个碳原子相连,形成六角形网格结构,因此碳纳米管中的碳原子以 sp2 杂化为主,但碳纳米管中六角形网格结构会产生一定的弯曲，形成空间拓扑结构,其中可形成一定的 sp3 杂化键,所以它是以 sp2 杂化为主,也含有一定的 sp3 杂化。直径较小的碳纳米管曲率较大,sp3 杂化的比例也大 ,反之,sp3 杂化的比例较小,碳纳米管的形变也会改变 sp2 和 sp3 杂化的比例。碳纳米管一般由单层或多层组成,相应地称为单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)。单壁碳纳米管的直径在零点几纳米到几纳米之间,长度可达几十微米,多壁碳纳米管直径在几纳米到几十纳米之间,长度却可达几毫米,层与层之间保持固定的间距,与石墨的层间距相当,约为 0.34nm。多壁碳纳米管结构复杂 ,不易确定,单壁碳纳米管结构相对简单,理论上已有较深入的研究。碳纳米管的晶体结构为密排
