氣相生長納米炭纖維-聚合物基復(fù)合材料導(dǎo)電和氣敏性能的研究.pdf

1、近年來，摻雜型聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料由于具有合適的性價比、易于成形、性能穩(wěn)定和能夠大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點而使國內(nèi)外對它的研究迅速發(fā)展。而氣敏型聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料作為它的一個分支也獲得快速發(fā)展。目前，關(guān)于氣敏型導(dǎo)電復(fù)合材料的研究主要是圍繞炭黑作導(dǎo)電填料，以單一聚合物做基體來開展的。 氣相生長納米炭纖維具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能，但用氣相生長納米炭纖維作導(dǎo)電填料制備氣敏型導(dǎo)電復(fù)合材料的報道較少。而從其它文獻(xiàn)中了解到：氣相生長納米炭纖維由

2、于長徑比較大，因此可以在含量較低的情況下獲得較好的導(dǎo)電性；同時，也由于它的長徑比，所制備的復(fù)合材料的氣敏性能穩(wěn)定。所以，本文選擇氣相生長納米炭纖維做導(dǎo)電填料，選擇混合基體對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)有效調(diào)控以及改善復(fù)合材料的氣敏性能。研究所制備的復(fù)合材料的電性能和氣敏性能，結(jié)果表明： 1.氣相生長納米炭纖維在聚合物基體中形成“橋式導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)”，復(fù)合材料的逾滲閾值和逾滲區(qū)間較低；氣相生長納米炭纖維在混合基體中呈現(xiàn)“選擇性分散”，主要分散在極性較大

3、的基體中，因此可以對氣相生長納米炭纖維在基體中形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效地調(diào)控； 2.復(fù)合材料在蒸氣中的氣敏響應(yīng)受導(dǎo)電填料的含量、溶劑的電性能、聚合物基體的性質(zhì)等因素的影響；以混合基體制備的復(fù)合材料在多種蒸氣中都具有較好的氣敏響應(yīng)，在許多蒸氣中氣敏響應(yīng)比以單一聚合物制備的復(fù)合材料要高； 3.不同的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在蒸氣中的氣敏響應(yīng)是不同的，當(dāng)聚合物基體中沒有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成時，復(fù)合材料在有機蒸氣中的表現(xiàn)為電阻下降的“負(fù)蒸氣效應(yīng)”；當(dāng)氣相

4、生長納米炭纖維的含量較高時，聚合物基體中有完備的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成，溶脹的復(fù)合材料的電阻比有機蒸氣在電極之間所形成的導(dǎo)電層的電阻要小，此時復(fù)合材料在有機蒸氣中表現(xiàn)為電阻上升的正蒸氣效應(yīng)；在導(dǎo)電填料的含量高于逾滲閾值而又達(dá)不到形成完備的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)時，復(fù)合材料中只有少量的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成，復(fù)合材料由于吸附蒸氣產(chǎn)生溶脹在開始階段引起復(fù)合材料電阻的上升，這個溶脹所升高的電阻大于有機溶劑在電極之間形成導(dǎo)電層的電阻，在電極間形成的有機溶劑導(dǎo)電層和溶脹的復(fù)合材料

5、形成一個并聯(lián)電路，引起電阻的下降； 4.復(fù)合材料對基體良溶劑蒸氣吸附量的大小對氣敏響應(yīng)具有很大的影響，吸附量高，氣敏響應(yīng)就大；復(fù)合材料在基體的不良溶劑蒸氣中的氣敏響應(yīng)很低，這些蒸氣分子被吸附在復(fù)合材料的孔隙內(nèi)，能夠限制電子的躍遷，使電阻少量升高； 5.復(fù)合材料在良溶劑蒸氣中的電阻變化和吸附量變化之間的關(guān)系存在一個滯后，氣相生長納米炭纖維的含量越高，滯后越明顯；而在不良溶劑蒸氣中的電阻變化和吸附量變化之間的關(guān)系不存在滯后，

6、但吸附量變化和電阻變化都很??； 6.復(fù)合材料在不同條件下的氣敏響應(yīng)不同，在含水的混合蒸氣中響應(yīng)，由于水層與溶脹的復(fù)合材料形成并聯(lián)電路，當(dāng)在空氣中解吸干燥時，它的電阻出現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象；溫度對氣敏響應(yīng)的影響是，高溫下復(fù)合材料的吸附量降低，且在高溫時溶劑的導(dǎo)電性較好，所以使復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)隨溫度的升高而下降；另外，復(fù)合材料在蒸氣中的氣敏響應(yīng)受蒸氣壓力的影響，壓力大氣敏響應(yīng)高； 7.氣相生長納米炭纖維在聚合物基體中能夠均