碳纳米管环氧树脂复合材料导电性能的研究

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1、摘要摘．要碳纳米管(CNT)具有优异的力学性能、电学性能、独特的微观结构，极大的长径比和比表面积，在众多领域有潜在的巨大应用价值，成为近年来材料科学领域中一个非常令人注目的研究热点。导电高分子材料的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性，还具有电化学氧化还原活性。显示出其广阔的应用前景，因而对导电高分子材料的研究引起了人们浓厚的兴趣。本研究选用CVD法生产的多壁碳纳米管作为导电填料，提纯后分别采用机械搅拌、超声分散、微波处理、高速剪切和分散剂表面改性等方法，将碳纳米管均匀分散在基

2、体环氧树脂中，制备了碳纳米管／环氧树脂复合材料，实现了碳纳米管在树脂中的均匀分散。并使用SEM和表面电阻计等仪器对复合材料的导电性能和结构进行了测试和表征，并分析了微观结构与导电性能之间的关系。结果表明碳纳米管作为导电填料添加到环氧树脂中，采用有效的分散工艺将碳纳米管分散在基体中，使其在基体中形成三维导电网络，可大幅降低复合材料的电阻，满足抗静电材料的要求。研究显示，机械搅拌和超声分散能够将碳纳米管均匀分散于环氧树脂基体中，碳纳米管与环氧树脂比值为2％时复合材料表面电阻率为109D．／sq，比纯环氧树脂表面电阻率降低3个数量级，添

3、加量为6％时表面电阻率为105D,／sq，达到抗静电材料的使用要求。SEM检测发现，采用微波处理、高速剪切和分散剂表面改性等分散方法，碳纳米管在基体中分散效果更佳，复合材料导电性更好。碳纳米管添加量为3％条件下，只用机械搅拌分散和超声分散时，复合材料表面电阻率为109D．／sq；用微波直接在空气中处理3min后复合材料表面电阻率为10rD．／sq，降低两个数量级；转速为6000r／min，高速剪切分散10min时电阻率为106D．／sq，降低3个数量级；用单种分散剂进行表面改性后，其中十二烷基苯磺酸钠和十八醇在与环氧树脂的比值分别

4、为O．8％、0．7％时达到106D．／sq，而不同分散剂的复配分散效果更好，其中油酸和十八醇复配，用量同为2％时电阻率达到105D．／sq，效果最佳。关键词：碳纳米管；复合材料；导电性能；微波；高剪切；分散剂ABSTRACTCaronnanotubes(CNTs)exhibitallexcellentmechanicalproperties；thesuperllightensilestrength，toughnessandYoung’Smodulus；andauniquemicrostructure；K曲specificsurfa

5、ceareaandhighaspectratio，withmanyuniquechemicalandphysicalproperties，carbonnanotubes(CNT)areofgreatinterestformanypotentialapplicationsinvariousfields．Ontheotherhand，electronicallyconductingpolymershavealsoattractedmuchattentionfortheir。excellentprosperities：witllthee

6、lectricityandopticsprosperitiesofmetalandinorganicsemiconductor,withmechanicalandeasy-shapedprosperitiesoforganicpolymer,andelectrochemistryoxidativeandreducfiveprosperities．TheMWNTsusedinthispaperwereproducedbychemicalvapourdepositionmethod．MWNTsviaoxidationandpurifi

7、cation，andmechanicalmilling，sonication,microwavetreating，highspeedshearingand谢tlldispersanttotreatthesurfaceofthem，theCNTs／Epoxyresin(EP)compositewaspreparedbycastingmethod．Theresultprovedthattreatedcarbonnanotubehadamorehomogenousdistributinginthecomposites．Theelectr

8、icalpropertiesandtherelationshipbetweenmicrostructureandpropertiesofthecompositeswereinvestigatedbySEM，HRSEMandhighresistanc