文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
碳纳米管/聚合物复合导电膜的研究
姓名:喻研
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:姜胜林
20090526
华中科技大学硕士学位论文
摘要
复合型高分子导电膜在电子电力、通信、能源等领域有着广泛的应用前景,自发
现之日起它就成为材料科学的研究热点。用碳纳米管填充的这类膜具有填充物含量
低、力学性能好等优点,近年来受到研究人员的广泛关注。
本论文将围绕导电膜的电导率、柔韧性、热稳定性三个重要指标,采用不同碳纳
米管、不同聚合物基体、不同微观改性方式,通过设计对比实验和对宏微观性能的分
析与测试来研究碳纳米管填充的聚合物基复合导电膜。
首先研究了碳纳米管/低密度聚乙烯导电膜。发现多壁碳纳米管填充的纳米复合的
导电渗流阈值为 V%。制备了碳纳米管含量为 3 V%的低密度聚乙烯纳米复合膜,
其电导率为 ,并且具有良好的柔韧性。研究发现该膜的热稳定性较差,
尚待改善。在研究过程中发现并研究了一个物理现象:当复合膜的厚度同填充碳纳米
管的长度可以比拟时,膜厚对材料的导电渗流阈值产生显著影响,随着膜厚的减小,
阈值将减小。
进一步选择了热稳定性较好的聚偏氟乙烯作为基体材料以克服低密度聚乙烯基
纳米复合膜在热稳定性上存在的问题。研究了碳纳米管/聚偏氟乙烯纳米复合膜的导电
性能和热稳定性。当 T/PVDF 纳米复合膜为 100 μm 厚时导电渗流阈值为 V
%。制备了碳纳米管含量为 3 V%的聚偏氟乙烯纳米复合膜,其电导率为
,并且具有良好的柔韧性和热稳定性。进一步研究表明,膜厚对材料的电导率
和导电渗流阈值有较显著影响,并且薄样品的柔韧性更好,而膜厚对热稳定性无显著
影响。通过对比实验研究了 T/PVDF 纳米复合膜的热稳定性机理,初步确定了
T 和 PVDF 的良好界面结合性以及碳纳米管的特殊形态是决定热稳定性的两个
重要因素。
T/PVDF纳米复合膜的性能,采用微观形貌的调控对其改
性。首先选择硅烷偶联剂KH550对膜进行改性。发现当KH550含量适当时,膜的电导
率有明显提高;同时:适量KH550改性可以降低材料的渗流阈值。并且材料的柔韧性
和热稳定性也有一定的改进。然后研究了纳米蒙脱土DK-4对膜的改性作用。发现当
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DK-4含量适当时,膜的电导率有明显提高;同时:适量添加DK-4可以降低材料的渗
流阈值。最后研究了KH550和DK-4共同改性对复合膜性能的影响。发现两者共同改性
的复合膜具有最佳的性能:最低的渗流阈值( V%)、最高的电导率(T
含量为3 V% ),同时具有良好的柔韧性和热稳定性。

关键词: 导电高分子,纳米复合材料,碳纳米管,渗流阈值,电导率,
柔韧性,热稳定性

II
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Abstract
Conductive posites were broadly used in areas such as energy、
munications, and have attract much attention from researchers. Nowadays,
composites containing carbon nanotubes were widely studied for their good electrical and
mechanical properties.
In this thesis, the electrical conductivity, flexility and thermal stability of carbon
nanotubes/posite film were investigated. Different carbon nanotubes、different
polymer matrix、different improving methods、contrastive experiments, and the analysis、
tests of macro、micro properties were proposed to studied posites films.
The study of multiwall carbon nanotube/low density posite film was
carried out firstly. The electrical onductive percolation thresh