碳納米管-聚合物復(fù)合材料導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能的研究.pdf

1、自從碳納米管(CNTs)在1991年被發(fā)現(xiàn)以來，由于極強的韌性、強度、超大的長徑比、優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱與力學(xué)性能以及其它特殊性能，使其成為了復(fù)合材料增強體的理想研究對象。聚合物一般具有加工友好性能強，密度低，機械性能好等眾多優(yōu)點，但是傳統(tǒng)的聚合物導(dǎo)電，導(dǎo)熱性能在某些領(lǐng)域使用時還不理想。由于CNTs具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱與力學(xué)性能，如果以成熟的技術(shù)將適量的CNTs加入到聚合物基體中，可以在保持聚合物眾多優(yōu)點的同時，還能極大的改善復(fù)合材料的導(dǎo)電

2、、導(dǎo)熱以及力學(xué)性能。這是提高聚合物復(fù)合材料所需性能的有效途徑，得到改善的復(fù)合材料也具有廣泛的使用領(lǐng)域：CNTs改性的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料在電磁屏蔽、靜電噴涂、靜電消除等領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用前景；CNTs改性的導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料可在塑料工業(yè)中作為金屬以及金屬合金等熱交換器材料、電子電器工業(yè)中制造導(dǎo)熱電路板材的優(yōu)異替代品材料。
　　 本文在有效介質(zhì)理論(Effective-MediumTheoryEMA)與Ce-WenNan模型的基礎(chǔ)

3、上分別建立了考慮CNTs定向度與界面熱阻的理論模型，并模擬計算了定向排列的SWNTs/聚合物復(fù)合材料的電導(dǎo)率及其滲流閾值、熱導(dǎo)率及其界面熱阻。較好地解釋了電導(dǎo)率的低突增現(xiàn)象，定向度、長徑比以及界面熱阻對復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在CNTs/聚合物復(fù)合材料中，CNTs的有效體積含量在滲流閾值附近時，少量的CNTs便可極大地增強復(fù)合材料的電導(dǎo)率。同時，復(fù)合材料的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率及其滲流閾值明顯的受到CNTs的定向度、長徑比、形貌結(jié)構(gòu)以及

4、界面熱阻的極大影響。取CNTs的長徑比為500時，通過計算CNTs有效體積含量與復(fù)合材料電導(dǎo)率變化率的關(guān)系，得出電導(dǎo)率的滲流閾值可低到0.035vol％附近。在金屬的威德曼-弗蘭茲定律的基礎(chǔ)上，本文提出了CNTs/聚合物復(fù)合材料洛倫茲數(shù)的概念。通過對比理論與實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)聚合物材料經(jīng)過CNTs增強以后具有了很好的電導(dǎo)率以及熱導(dǎo)率，并且兩者之間有著類似于金屬的洛倫茲數(shù)關(guān)系。在數(shù)值上，雖然受到諸多因素的影響，復(fù)合材料的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率由較大范