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炭黑填充硅橡胶的电阻—温度特性研究

作　者: 蒋红生
导　师: 黄英
学　校: 合肥工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 有效介质理论温敏导电硅橡胶静态特性基体发泡
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

硅橡胶基体中添加一定量的导电粒子（金属颗粒、导电炭黑等），可制备出具有一定电阻-温度特性的导电复合材料。本文详细阐述了导电硅橡胶的研究现状，针对炭黑/硅橡胶的PTC效应，深入研究了这种导电复合材料的电阻-温度特性和影响因素，对于这类导电聚合物的实际应用具有重要的意义。本文基于炭黑填充硅橡胶的电阻‐温度特性研究主要分为以下三个方面：首先，通过扫描电子显微镜分析了不同炭黑体积分数的导电硅橡胶的微观结构；以通用有效介质理论为基础，并根据炭黑/硅橡胶产生正温度效应的机制推导出了炭黑填充硅橡胶的电阻‐温度计算模型。其次，采用通用有效介质理论研究了基于炭黑/硅橡胶的温度传感器的灵敏系数，实验研究了不同炭黑含量的导电硅橡胶的电阻温度系数、量程与线性度。研究结果表明，炭黑的体积分数是影响炭黑/硅橡胶的电阻-温度特性的主要因素。在温度场的作用下，温度对复合材料的影响主要体现在对复合材料中导电粒子的有效填充体积的影响；复合材料电阻率的改变是呈现“正电阻-温度特性”的主要原因。当炭黑的体积分数接近渗流阈值时，炭黑/硅橡胶具有较高的电阻温度系数和量程。最后，通过分析炭黑/硅橡胶电阻‐温度特性的影响因素，研究了提高炭黑/硅橡胶的稳定性和电阻温度系数的方法。碳纳米管与炭黑按一定比例填充硅橡胶时，温敏炭黑/硅橡胶的电阻稳定性有所改善；对硅橡胶进行发泡处理，可以提高炭黑/硅橡胶复合材料的电阻温度系数和测量范围。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
致谢  8-9
目录  9-11
插图清单  11-12
列表清单  12-13
第一章绪论  13-18
  1.1 国内外 PTC 材料的研究现状  13-14
  1.2 聚合物基复合材料的 PTC 效应产生机制  14-15
    1.2.1 Kohler 的热膨胀理论  14
    1.2.2 Meyer 的理论  14-15
  1.3 影响聚合物 PTC 特性的因素  15-17
    1.3.1 导电填料的影响  15-16
    1.3.2 聚合物基体的影响  16
    1.3.3 加工工艺的影响  16-17
  1.4 课题的来源、意义和主要内容  17-18
第二章炭黑填充硅橡胶的电阻-温度模型  18-27
  2.1 炭黑-硅橡胶的网络化  18-19
  2.2 炭黑/硅橡胶的渗流现象  19-20
  2.3 炭黑/硅橡胶的电阻-温度计算模型  20-22
  2.4 炭黑/硅橡胶电阻-温度计算模型的实验验证  22-25
    2.4.1 实验材料以及样品制备  22-23
    2.4.2 导电炭黑/硅橡胶的微观结构分析  23
    2.4.3 电阻-温度计算模型的验证与分析  23-25
  2.5 碳黑/硅橡胶电阻-温度计算模型的局限性  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章基于炭黑/硅橡胶温度传感器的静态特性  27-34
  3.1 基于炭黑/硅橡胶温度传感器的灵敏系数  27-30
    3.1.1 炭黑/硅橡胶的灵敏系数方程  27-28
    3.1.2 炭黑/硅橡胶的灵敏系数分析  28-30
  3.2 炭黑/硅橡胶 PCT 特性及电阻温度系数  30-32
    3.2.1 不同炭黑含量导电硅橡胶的电阻温度系数  30-31
    3.2.2 炭黑/硅橡胶 PTC 特性的线性度  31-32
  3.3 基于炭黑/硅橡胶温度传感器的量程  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章碳纳米管对炭黑/硅橡胶电阻-温度特性的影响  34-40
  4.1 碳纳米管/炭黑/硅橡胶体系的协同效应  34-35
    4.1.1 实验原料参数以及制备  34-35
    4.1.2 碳纳米管/炭黑/硅橡胶的微观结构分析  35
    4.1.3 混合填料体系的协同效应  35
  4.2 炭黑与碳纳米管协同效应的判定  35-37
  4.3 碳纳米管/炭黑/硅橡胶的电阻温度系数  37-38
  4.4 碳纳米管/炭黑/硅橡胶体系的电阻-温度计算模型分析  38-39
  4.5 碳纳米管/炭黑/硅橡胶的电阻稳定性  39
  4.6 本章小结  39-40
第五章基体改性对炭黑/硅橡胶电阻-温度特性的影响  40-45
  5.1 发泡剂用量对硅橡胶改性的影响  40-41
  5.2 发泡炭黑/硅橡胶的电阻-温度特性  41-43
    5.2.1 发泡炭黑/硅橡胶的制备  41
    5.2.2 发泡炭黑/硅橡胶的微观结构分析  41-42
    5.2.3 发泡炭黑/硅橡胶的电阻温度系数  42-43
  5.3 发泡炭黑/硅橡胶电阻-温度计算模型分析  43
  5.4 发泡炭黑/硅橡胶 PTC 特性温度范围  43-44
  5.5 本章小结  44-45
第六章总结与展望  45-47
  6.1 总结  45
  6.2 工作展望  45-47
参考文献  47-51
攻读硕士学位期间发表的论文  51-52

炭黑填充硅橡胶的电阻—温度特性研究

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