多壁碳纳米管_聚乙烯复合材料的制备及其导电行为 (2).pdf

第卷第期应用化学
年月】巧

多壁碳纳米管聚乙烯复合材料的制备及其导电行为

李文春沈烈孙晋郑强’
浙江大学高分子科学与工程学系杭州

摘要通过对多壁碳纳米管巧高密度聚乙烯即帅,复合材料的电阻
温度特性进行了研究。发现叹填充质量分数为一时,复合体系呈现渗流行为,表现出优异的导
电性。同时体系存在特殊的形温度系数特性代特性,即当质量分数超过渗流闭值后,体系
的电阻率随温度的升高先下降,出现负温度系数特性转变,然后才出现通常的正温度系数特性代
转变,且具有很好的循环稳定性。一刀这种特性源于基体体积膨胀、缠结链松弛以及基体的“退
火”效应的协同作用。马来酸醉接枝苯乙烯一乙烯一丁烯一苯乙烯共聚物一的加人,可改善
和之间的相互作用,并可基本上消除特性,改善导电性。
关健词碳纳米管,高密度聚乙烯,渗流闭值,导电行为,特性
中图分类号叨文献标识码文章编号以〕扔仪巧刀仅抖扔

碳纳米管泊,是近年来材料科学研究的热点之一,分为多壁碳纳米管
,叹和单壁碳纳米管心一,种川。其独特的力学性
能、电学性能和极高的纵横比,使其在纳米电子器件、催化剂载体、电极材料、储氢材料等方面得到了广
泛的应用〔,一‘,。但是,作为填料在高分子复合材料方面的应用还处在初始阶段,还主要集中在力
。
学增强以及光学性能的改进研究方面〔’,本身具有独特的高电导率。以〕一以洲,能够
通过大的电流密度灯,与聚合物复合可极大地改善聚合物复合材料的导电性能,在电磁屏
蔽、过电流保护器、防静电等方面有着巨大的应用前景。现有的关于填充聚合物的研究主要局限
于制备方法,如溶液法、原位聚合方法、熔融共混法等〔‘一’“,对其导电性及其机制的报道尚不多见。
本文采用在转矩流变仪中熔融共混的方法制备导电复合物,期望通过转矩
流变仪中转子的往复剪切作用阻止的团聚并破坏其聚集体,实现充分的分散。研究了岁
复合材料的导电性能,并对导电机理作了初步探讨。

实验部分

原料与样品制备
高密度聚乙烯℃,密度为岁,,酬,几马来酸配接枝苯
乙烯一乙烯一丁烯一苯乙烯共聚物一一,美国壳牌化工公司,马来酸配接枝率为
炭黑砧,平均粒径为,表面积为,,吸附值为,,吸附值
为岁浙江大学无机材料微结构实验室提供,平均直径为一,长度为几微米至
几十微米。
原料在使用前均经过干燥处理。将和按一定的比例加人转矩流变仪中熔融
共混℃、、采用热压法、、制备的
矩形薄片。在个相对面上压上铜网厚、孔径作为电极以备电性能测试。

叩刀拼收稿,习一修回
国家自然科学基金资助重点项目及国家杰出青年基金资助
通讯联系人郑强,年生,男,教授,博士生导师一司对研究方向高聚物流变学和多组分高分子体系
结构和性能
第期李文春等多壁碳纳米管聚乙烯复合材料的制备及其导电行为

测试仪器与性能测试
样品在测试前均经热处理以消除残余应力的影响,所有电阻的测试均在厚度方向进行。室温电阻
在吕一‘,范围内时用型高阻仪上海精密科学仪器公司测量低电阻用智能
数字万用表测量英国公司复合材料的电阻一温度特性在自行搭建的微机控制阻温测试系
统上进行,在没有特殊说明情况下,升温速率均为℃。
将样品放在液氮中淬断后,采用日本一型扫描电子显微镜观察样品断面形态。
结果与讨论

形态结构
图为纯的照片。从中可以看出,相互缠绕,呈聚集体形态,直径为
。图给出的是含质量分数为的巧的复合材料的照片。从中可
见,以不同方式分散在聚合物基体中,可以明显地看到长链纤维状分布的,且长度可达
十几微米。可见,在基体内部相互贯穿,缠结,形成类似互穿网络的结构。下述的导电性研究结
果表明,在基体中的这种分布方式有利于形成良好的导电网络,提高复合材料导电性。

图纯和质量分数为的填充复合材料照片

·
而旧二
复合材料的渗流行为

。,
图给出了填充复合材料电阻率与质量分数的关系图中可见随
的增加,复合材料降低。值得注意的是曲
线上出现个转变。第转变发生在。刊二
处,材料由绝缘体向半导体转变。第转变
发生在。时,材料由半导体向良
导体转变。介于个转变之间的区域,称为渗流转百
变区域。根据渗流理论仁川,当含量较低时,巳
无规分布于基体中,导电通路还没有形成。
此时,复合体系的导电性主要取决于基体,为绝缘
体。随着含量的增大,填料粒子开始相互接

、,,
触聚集超过渗流阑值后形成连续的导电通路一
。
发生突变。此后,连续导电通路进一步形成,促使

,。图复合材料的电阻率与
复合材料由绝缘体向半导体转变最终变成良导体
含量的关系
继续增加,基本不变。我们在研究炭黑
和导电系时到似的
复合体也观察类现犷
象,认为与体系内部的三维导电网络经历了从无到
应用化学第卷

·
有、从不完善到完善的变化过程有关〔’”〕。
图给出的是炭黑填充复合材料的与质量分数之间的关系,其第个转变在
。处,第个转变在,处。显然,