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炭黑填充聚乙烯导电复合材料气敏性能研究

作　者: 韩蕾蕾
导　师: 谢长生；蔡水洲
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料学
关键词: 炭黑聚乙烯导电复合材料气敏材料挥发性有机化合物
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 143次
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内容摘要

将炭黑(carbon black CB)分散到聚合物基体中制得导电复合材料,当炭黑含量超过某一临界值(称为渗阈值)时,复合材料的电阻出现显著的下降。进入导电区的复合材料接触到有机溶剂或蒸汽时,由于吸附有机溶剂或蒸汽而使聚合物基体产生溶胀或溶解,导致复合材料内部的炭黑粒子渗阈通道被破坏,复合材料的电阻显著上升。基于这一特性,炭黑/聚合物复合材料可作为化学电阻器或电子鼻来检测、鉴别和定量分析不同的有机溶剂或蒸汽,并在许多领域获得应用。本文通过溶液共混成功制备出炭黑填充聚乙烯基体气敏导电复合材料,结合材料的微观分析(场发射扫描电镜),得到固化后的复合材料为多孔结构。实验采用丝网印刷制作的梳状电极和聚乙烯(polyethylene PE)作为基片材料,解决了电极一致性和复合材料的裂纹现象。实验证明,复合材料中填料的浓度显著影响其电阻值,它随炭黑含量的变化过程中出现最小值,当复合材料的电阻出现最小值后,炭黑含量的变化不会影响复合材料的电阻值,但是复合材料的最佳炭黑含量要高于渗阈值。实验进一步探讨了溶剂性质(浓度、极性、溶度参数)对复合材料气敏性能的影响。另外,对40次重复试验进行数据分析,引入标准偏差和相对误差值来评价元件的一致性。采用溶液共混法得到的CB/PE复合材料对二甲苯、氯仿等挥发性有机化合物有较好的气敏性、良好的稳定性和重复使用性。当CB/PE导电复合材料掺杂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinyl acetate resin EVA)后,CB/PE-EVA复合材料对弱极性和极性(乙醇、甲醛)溶剂表现出一定的敏感性,但同时增加了CB/PE-EVA复合材料的“负蒸汽系数”效应。实验表明:溶液共混法制备的炭黑/聚乙烯气敏导电复合材料是一类性能优良、具有良好应用前景的气敏材料。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-26
  1.1 填充型聚合物基气敏导电复合材料概述  9-10
  1.2 聚合物基气敏导电复合材料的导电机理  10-16
  1.3 影响填充型聚合物基气敏导电复合材料敏感性的因素  16-19
  1.4 填充型聚合物基气敏导电复合材料的研究现状  19-23
  1.5 存在的问题与展望  23-24
  1.6 本论文的研究目的与构思  24-26
2 实验部分  26-31
  2.1 实验原料  26-27
  2.2 样品的制备  27-28
  2.3 测试装置  28-30
  2.4 微观分析  30-31
3 CB/PE 复合材料的气敏特性  31-50
  3.1 CB/PE 复合材料的渗阈曲线  31-33
  3.2 测试氛围对复合材料气敏特性的影响  33-42
  3.3 对CB/PE 导电复合材料气敏特性的评价  42-45
  3.4 四十次重复试验结果分析  45-48
  3.5 本章小结  48-50
4 CB/PE-EVA 复合材料的气敏特性研究  50-56
  4.1 不同饱和溶剂蒸汽对复合材料气敏性能的影响  50-53
  4.2 PE-EVA/CB 复合材料的NVC 效应  53-55
  4.3 本章小结  55-56
5 全文总结  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-66
附录1 攻读硕士学位期间发表论文  66

炭黑填充聚乙烯导电复合材料气敏性能研究

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