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南工大材料學(xué)院：低滲流閾值PVDF/MWCNT復(fù)合材料的導(dǎo)電、流變及機(jī)械性能研究
2024-04-24  來(lái)源：高分子科技

  近年來(lái)，隨著電子設(shè)備朝著微型化、柔性化和可穿戴化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)導(dǎo)電材料存在質(zhì)量大、難加工、價(jià)格貴、易于氧化等缺點(diǎn)，難以滿(mǎn)足人們對(duì)導(dǎo)電材料的需求。而導(dǎo)電聚合物基復(fù)合材料（CPC）具有出色的加工性能、機(jī)械性能、電氣性能和電阻可調(diào)性，因此備受關(guān)注。



  近日，以南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生湯駿航為第一作者、毛澤鵬副教授為通訊作者在國(guó)際期刊Polymer Composites發(fā)表題為“Low percolation threshold polyvinylidene fluoride/multi-walled carbon nanotube composites: A perspective of electrical conductivity, crystalline, rheological and mechanical properties”的研究工作。該工作選用大長(zhǎng)徑比的一維導(dǎo)電填料多壁碳納米管（MWCNT）修飾絕緣聚合物聚偏氟乙烯（PVDF），通過(guò)簡(jiǎn)單熔融共混的工藝制備了PVDF/MWCNT復(fù)合材料，探究了MWCNT在PVDF中的滲流閾值，以及其對(duì)PVDF的流變和機(jī)械性能的影響。 


圖1 PVDF/MWCNT中導(dǎo)電通道的形成過(guò)程及體積電阻率


  PVDF/MWCNT復(fù)合材料的體積電阻率與MWCNT的體積分?jǐn)?shù)之間存在顯著的滲流效應(yīng)。當(dāng)MWCNT的含量小于0.7 vol%時(shí)，PVDF/MWCNT復(fù)合材料的體積電阻率接近純PVDF（3.97 × 1012 W?m），仍處于絕緣狀態(tài)。此時(shí)，雖然MWCNT在PVDF中出現(xiàn)了部分相互接觸的區(qū)域，但是很難形成完整的導(dǎo)電通路。MWCNT的含量繼續(xù)增加，其在PVDF中相互接觸的概率也隨之增加。1 vol% 的MWCNT可以在PVDF中形成更為完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電荷的傳輸。此時(shí)，復(fù)合材料的體積電阻率降低了11個(gè)數(shù)量級(jí)，含有1 vol% MWCNT的復(fù)合材料體積電阻率僅為3.71 × 101 W?m。顯然，MWCNT的滲流閾值在0.7至1 vol%之間。通過(guò)滲流理論公式，擬合得到理論滲流閾值為0.81 vol%，這與實(shí)際值非常吻合。MWCNT在PVDF中的滲流閾值較低，是因?yàn)?/span>MWCNT具有較大的長(zhǎng)徑比，易在基體中構(gòu)筑長(zhǎng)程導(dǎo)電通路。

  在本研究中，使用一維導(dǎo)電填料MWCNT在絕緣聚合物PVDF中構(gòu)筑導(dǎo)電通道，探究了MWCNT在PVDF中的滲流閾值。利用MWCNT的大長(zhǎng)徑比，在極低的含量下形成較為完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。值得一提的是，PVDF/MWCNT的流變性能受到的影響較小，大長(zhǎng)徑比的MWCNT使PVDF/MWCNT的機(jī)械性能得到增強(qiáng)。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/pc.28324

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