课程设计91986.doc

课程设计 题目名称：PMMA含量对PMMA/PAN/CNT体系导电性 能的影响 学院名称：材料与化工学院 班 级：高分子092 学 号：2009015444223 学生姓名：刘增 指导教师：潘玮 焦明立 2012年12月12日 专业课程设计任务书 学生姓名： 刘增 班级：高分子092 设计题目：PMMA含量对PMMA/PAN/CNT体系导电性能的影响 设计内容： 根据所需材料的功能性，确定聚合物的种类及性能要求。 选择制备聚合物需要的材料、助剂，并分析选择的依据。 制定材料制备的工艺路线（确定实验条件，试验方法），分析实验的依据。 选用合适的分析方法确定所得聚合物，画出实验分析的数据或曲线，证实工艺的成功。并分析所得产物的结构、性能。 分析实验中可能出现的问题及解决方案。 分析产物在性能、结构分析中可能出现的问题及替代方案。 1文献综述 1.1导电高分子材料——复合型导电高分子材料 长期以来,高分子材料由于具有良好的机械性能,作为结构材料得到广泛的应用。关于电性能,人们一直只利用高分子材料的介电性, 将其作为电绝缘材料使用。而它的导电性的发现、 研究及开发则比较晚,直到1977 年才发现了第一个导电有机聚合物——掺杂型聚乙炔,它具有类似金属的电导率。其后世界各国大批科学家相继研究导电高分子材料,成为高分子材料中非常活跃的一个领域。导电高分子材料按导电原理分为复合型导电高分子和结构型导电高分子两大类。所谓结构型导电高分子是高分子本身结构显示导电性,通过离子或电子而导电。复合型导电高分子材料是通过在一般高分子中加入各种导电填料、 添加剂,采用分散复合、 层积复合、 使其表面形成导电膜等方法制成。它的导电机理比较复杂。一般可分为导电回路如何形成以及回路形成后如何导电两个方面。对于第一个方面,人们是从导电渗滤现象开始研究的。大量的实验研究结果表明,是复合体系中导电填料的含量增加到某一临界含量时,体系的电阻率急剧降低,电阻率—导电填料含量曲线上出现一个狭窄的突变区域, 在此区域中,导电填料含量的任何细微变化均会导致电阻率的显著改变, 这种现象通常称为“ 渗滤” 现象( Pereolat ion phenomeno n) ,在突变区域之后,体系电阻率随导电填料含量的变化又恢复平缓。为了解释复合型导电高分子的导电渗杂现象, 人们提出了各种不同的理论。其中较为成功的理论是Miy asaka等人提出的热力学理论。该理论认为高分子树脂基体与导电填料之间的界面效应对复合体系中导电回路的形成具有很大的影响。在复合型导电高分子材料的制备过程中,导电填料粒子的自由表面变成湿润的界面,形成聚合物—填料界面层,体系产生了界面能过剩, 随着导电填料含量的增加,聚合物—填料的界面能过剩不断增大。当体系界面能过剩达到一个与聚合物种类无关的普适常数之后,导电粒子开始形成导电网络,宏观上表现为体系的电阻率突降。 复合型导电高分子导电机理中关于形成导电回路后如何导电的问题。主要涉及分布于高分子树脂基体中的导电填料的电子传输问题。 通常导电填料加入聚合物基体中后,不可能真正达到多项均匀分布,因此总有部分导电粒子能够互相接触而形成链状导电通道,使复合材料得以导电; 而另一部分导电粒子则以孤立粒子或小聚集体形式分布在绝缘的树脂基体中,基本上不参与导电。 但是,由于导电粒子之间存在着内部电场, 如果这些孤立粒子或小聚集体之间距离很近,中间只被很薄的树脂层隔开,那么由于热振动而被激活的电子就能越过树脂界面层所形成的势垒而跃迁到相邻的导电粒子上,形成较大的隧道电流,这种现象在量子力学中被称为隧道效应; 或者是导电粒子间的内部电场很强时, 电子将有很大的几率飞越树脂界面层势垒而跃迁到相邻的导电粒子上产生场致发射电流, 这时树脂界面层起着相当 于内部分布电容的作用。 因此,复合型导电高分子材料存在着导电通道、 隧道效应、 场致发射三种导电机理,复合型导电高分子的导电性能是这三种导电机理作用的竞争结果。 在不同情况下出现以其中一种机理为主导的导电现象。 复合型导电高分子材料是在通用树脂中加入导电填料、 添加剂,采用一定的成型方法而制得的。添加剂有抗氧剂、 固化剂、溶剂、润滑剂等。复合型导电高分子的分类主要按基体树脂和导电填料的组合来定。 (1)基体树脂主要有:聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯等)、聚氯乙烯、ABS、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯、酚醛树脂、环氧树脂、有机硅、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯等。 (2)导电填料主要有:金属粉(金、银、铜、镍)、金属纤维(铝纤维、黄铜纤维、铁纤维、不锈钢纤维等) 、碳黑、石墨、 碳纤维、镀金属玻璃纤维、镀银中空玻璃微球、碳黑接枝聚合物