论文部分内容阅读
随着航空航天、汽车、信息技术、武器和先进电气应用的快速发展,抗静电和导热聚合物复合材料变得越来越重要,导电导热复合材料的应用主要取决于它们的体积电阻率和导热能力的大小。传统上,制造抗静电复合材料的最常用方法是将有机抗静电剂混合到聚合物中。但是,有机抗静电剂会迁移到表面并导致有机抗静电剂失效。制备导热复合材料的方法是添加导热填料,例如氮化铝(Al N)、氧化铝(Al2O3)和氮化硼(BN)。然而,它们的固有导热率相对较低,并且要求填料含量高。因此,传统的抗静电和导热填料始终跟不上现代工业的发展。金属和碳的纳米填料,它们的导电性和导热性比传统的有机抗静电剂和导热填料大几个数量级,其独特的电学和热学性质以及它们在微电子中的潜在应用、尤其在光电器件和传感器中而引起了更多的关注。金属导电填料如铜、镍和银等已经广泛研究并且商业化,金属银的电阻率为1.6×10-8Ω·m,导热系数429 W/m K,其优异的固有导电性和导热性,被认为是导电和导热填料的最佳材料。一维纳米银线(1D Ag NWs)具有高长径比,有利于在聚合物复合材料中以相对低的含量形成理想的导电网络。然而,由于大的比表面积,Ag NWs在聚合物基体中易团聚。二维(2D)石墨烯,作为一种碳材料,由于其高强度和杨氏模量,以及非凡的特性,在导电聚合物复合材料中发挥着积极的作用。理论上,石墨烯的电阻率和热导率为10-6Ω·m和4000-5000 W/m K。然而,主要是由于分子间π-π堆积相互作用,石墨烯纳米片也倾向于聚集。在本工作中,我们设计了四个体系,分别是:EP/Ag NWs体系、EP/Ag NWs/PEI体系、EP/RGO/Ag NWs体系和EP/RGO/Ag NWs/PEI体系。EP/Ag NWs体系中,成功制备了Ag NWs,通过SEM和XRD观察得Ag NWs的直径约100 nm,长度在10~30μm之间。随着Ag NWs含量的增加,EP/Ag NWs纳米复合材料的储能模量规律性下降,玻璃化转变温度比纯EP高10℃左右,表面电阻率依次降低,导热系数稳定增加。EP/Ag NWs/PEI体系中,随着Ag NWs含量的增加,EP/Ag NWs/PEI纳米复合材料的储能模量保持稳定,玻璃化转变温度比纯EP高10-15℃左右,表面电阻率依次降低,导热系数增加。EP/RGO/Ag NWs体系中,GO被还原成为RGO获得更好的导电性,然后制备不同比例的RGO和Ag NWs(RGO/Ag NWs)杂化物作为环氧复合材料中的导电和导热填料。而杂化物RGO/Ag NWs(1:2)是所有不同比例杂化物RGO/Ag NWs中最有效的比例。断裂面的SEM图像显示,当杂化物RGO/Ag NWs(1:2)的含量增加至1 wt%或2 wt%时,在环氧树脂中存在过量杂化物的聚集。在杂化物RGO/Ag NWs(1:2)含量为0.6 wt%含量时,DMA结果发现环氧树脂复合材料获得最高储能模量2831 MPa,复合材料的体积电阻率为4.8×108Ω·cm,导热系数为0.30 W/m K。EP/RGO/Ag NWs/PEI体系中,当PEI的含量为20 wt%时,EP/RGO/Ag NWs/PEI纳米复合材料取得最好的电性能,EP/RGO/Ag NWs/PEI复合材料的体积电阻率随着RGO/Ag NWs含量的增加而降低。通过OM图像的分析,杂化物RGO/Ag NWs存在于PEI富集相,并且会抑制环氧富集相的长大。在杂化物RGO/Ag NWs(1:2)含量为0.8 wt%时,DMA结果发现环氧树脂复合材料获得最高储能模量2959 MPa。EP/RGO/Ag NWs/PEI复合材料的导热系数随着RGO/Ag NWs含量的增加而增加。