【摘 要】
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针对传统方法制造导电复合材料时,无法主动设计构筑导电网络以及难以对导电网络的尺寸进行精确控制的问题,本文基于选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering,简称SLS)提出一种内嵌类金刚石多孔石墨骨架的导电复合材料制备新方法,以解决填充型导电复合材料可控筑构的技术难题,通过模拟分析和实验的方法研究其电学性能,揭示其导电机理,进而获得电学性能可调可控的新型导电复合材料。利用有
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针对传统方法制造导电复合材料时,无法主动设计构筑导电网络以及难以对导电网络的尺寸进行精确控制的问题,本文基于选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering,简称SLS)提出一种内嵌类金刚石多孔石墨骨架的导电复合材料制备新方法,以解决填充型导电复合材料可控筑构的技术难题,通过模拟分析和实验的方法研究其电学性能,揭示其导电机理,进而获得电学性能可调可控的新型导电复合材料。利用有限元法模拟分析了导电网络结构对填充型导电复合材料电学性能的影响,发现导电网络通路的数量以及其串并联方式的不同是造成导电复合材料电学性能差异的主要原因;重点分析了类金刚石网络结构基本特征单元键长,键角、键半径尺寸的变化对填充型导电复合材料电学性能的影响,揭示了内嵌类金刚石网络导电复合材料电阻率的变化规律,建立了其电阻率计算模型。实验研究了天然鳞片石墨SLS成形机理及成形工艺。研究发现利用-325目石墨粉末与-100目石墨粉末混合后的石墨配方制造的石墨成形件素坯的抗弯强度最好,达到了1.92MPa,但是其Z轴方向成形精度最差,误差为41.057%。通过将-100目的石墨粉末包覆酚醛树脂处理,每次包覆量占混合粉末总质量的5%,发现包覆一次后制备的石墨成形件素坯的抗弯强度达到了2.392Mpa,包覆两次石墨成形件素坯的抗弯强度达到了2.976 Mpa,在未包覆的基础上提高了1.5倍,并且使得素坯Z轴方向的成型精度明显提高,试样尺寸偏差由41.057%降低到29.153%。通过不同的后处理工艺提高石墨骨架的抗弯强度和电导率,发现二次固化,真空压力浸渍,再高温炭化后的试样,其抗弯强度由2.98Mpa增加到25.61Mpa;电导率由13.24 S/cm增加到60.27 S/cm。制备了结构完整,轮廓清晰,成形精度较高的类金刚石多孔石墨骨架,其键长为1.5mm,键角为120°,键半径为1mm。制备了内嵌类金刚石多孔石墨骨架的新型导电复合材料,测量了新型导电复合材料的电阻率并与之相对应的计算电阻率对比,发现两者在误差允许的范围内相同,这证明了其电阻率计算模型的正确性,通过改变类金刚石多孔石墨骨架基本特征单元键长l,键半径R与键角Ψ的大小,可以实现对新型导电复合材的电学性能主动调控;另与基本特征单元尺寸相同的内嵌类蜂窝网络导电复合材料Z方向的电阻率比较,发现内嵌类蜂窝多孔石墨骨架结构的导电复合材料电阻率是内嵌类金刚石多孔石墨骨架结构的导电复合材料电阻率的2倍多。
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