本文選題：磁場 + 電場��； 參考：《東華大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展,制備功能化、智能化的高分子復(fù)合材料成為工業(yè)界和科學(xué)界的研究熱點(diǎn)。磁場或電場取向粒子制備高分子復(fù)合材料是一種有效的制備各向異性結(jié)構(gòu)功能材料的加工方法。填料粒子在高分子基體中可以按照某一特定方向取向排列在高分子基體內(nèi),因而可以達(dá)到某一特定方向的傳導(dǎo)功能,并且這種各向異性的結(jié)構(gòu)也會導(dǎo)致光透過性、機(jī)械性能等方面的變化。本論文致力于探索磁場和電場取向粒子的新型加工方式,并實(shí)現(xiàn)用連續(xù)化卷對卷工藝制備各向異性復(fù)合材料,先后通過磁場取向鎳微球和鎳微片制備了壓阻材料和導(dǎo)熱材料,通過磁場和溶劑揮發(fā)收縮力相結(jié)合的方法制備了高分子導(dǎo)電材料,隨后完成了對磁場取向制備各向異性結(jié)構(gòu)材料的工業(yè)化小試,并成功用電場控制纖維素納米晶取向制備了電-光響應(yīng)的智能材料。首先通過探討鎳微球的磁化機(jī)制及鎳微球之間磁力作用,研究了鎳微球所形成串狀取向結(jié)構(gòu)的機(jī)理,在磁場作用下,鎳微球被磁化后形成N-S的磁化結(jié)構(gòu),通過相互吸引或者相互排斥的作用,形成鎳微球在PDMS基體內(nèi)部高度取向的各向異性結(jié)構(gòu)。經(jīng)過自制的壓縮部件結(jié)合拉伸設(shè)備測試所制備材料的導(dǎo)電和壓阻性能,鎳微球在PDMS內(nèi)部形成的各向異性結(jié)構(gòu)能夠顯著提高在鎳微球取向方向上的導(dǎo)電性,由于鎳微球所形成的串狀結(jié)構(gòu)中鎳微球之間的微小間距導(dǎo)致材料在取向方向有明顯的壓阻效應(yīng),在鎳微球含量為2.45vol%時(shí),在0~3MPa的壓力范圍內(nèi),鎳微球/PDMS材料電阻率從108 Ohm·m降至101 Ohm·m。并且可以通過調(diào)節(jié)鎳微球含量來得到對壓力敏感程度不同的材料。鎳微球的取向結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致了材料具備機(jī)械性能的各向異性,薄膜平面方向上的泊松比在形變?yōu)?0%時(shí)高達(dá)0.7,遠(yuǎn)大于各向同性材料的0.5左右。鎳微球所形成的串狀結(jié)構(gòu)不光為電的傳導(dǎo)提供有效路徑,也為熱的傳導(dǎo)提供路徑,取向后的樣品隨鎳微球含量的增加,導(dǎo)熱率比未取向的樣品提高了3.5倍。其次,研究了鎳微片的磁化機(jī)制及鎳微片在磁場中旋轉(zhuǎn)及鎳微片與鎳微片之間的相互作用機(jī)制,制備了鎳微片/pdms復(fù)合材料。鎳微片可以形成比鎳微球更有效的通路,導(dǎo)電率提高,在含量為14vol%時(shí),取向方向上的電阻率為101ohm·m左右,壓阻效應(yīng)更明顯。導(dǎo)熱率也會大幅度提高,含量為14vol%時(shí),是未取向的復(fù)合材料導(dǎo)熱率的13倍。并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與導(dǎo)熱預(yù)測模型進(jìn)行對比,未取向的鎳微片/pdms復(fù)合材料的導(dǎo)熱率低于預(yù)測結(jié)果,而取向后的復(fù)合材料因形成串狀結(jié)構(gòu)而遠(yuǎn)高于預(yù)測結(jié)果。然后通過磁場取向和溶劑揮發(fā)收縮相結(jié)合的方法制備了鎳顆粒/ps導(dǎo)電復(fù)合材料。溶劑揮發(fā)可以使磁場取向后的粒子間距進(jìn)一步縮小從而形成導(dǎo)電通路。鎳微片比鎳微球具備更大的比表面積,顆粒之間易形成更好的有效接觸,因此在同樣的磁場取向和溶劑揮發(fā)制備復(fù)合材料的方法下,鎳微片比鎳微球具有更低的閾值(1.5wt%)。鎳顆粒在聚合物中形成的各向異性結(jié)構(gòu)不僅可以降低所需填料含量達(dá)到具備導(dǎo)電的性質(zhì),也可以改善材料透光的性能。隨后,完善了可用于高分子復(fù)合材料取向并適用于工業(yè)化生產(chǎn)的卷對卷生產(chǎn)線,利用卷對卷生產(chǎn)工藝通過控制磁場強(qiáng)度和熱固化速度也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制備具有取向結(jié)構(gòu)的鎳顆粒/pdms功能復(fù)合材料,經(jīng)掃描電鏡測試證實(shí),其內(nèi)部具有良好取向結(jié)構(gòu),并且具有優(yōu)良的光學(xué)透過可讀性能及入射角依賴功能。取向后的鎳微片/pdms的光學(xué)透過率在入射角從00變?yōu)?50的過程中,分別從18%降為5%,未取向的樣品的光學(xué)透過率一直維持在5%左右。通過控制涂膜速度和熱風(fēng)干燥速度,鎳顆粒/ps復(fù)合材料也可以利用卷對卷生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn),并且也具有優(yōu)良的光學(xué)透過可讀性及入射角依賴功能。在入射角從從00變?yōu)?50的過程中取向后的鎳微片/ps的光學(xué)透過率從70%降低至5%,而未取向的樣品的光學(xué)透過率僅從20%左右降低至5%左右。最后,通過酸解法制備了纖維素微晶和納米晶。透射電鏡、原子力顯微鏡測試結(jié)果表明所制備的纖維素納米晶尺寸長度在100~300nm,直徑在10~20nm,所制備微晶尺寸長度1~20μm,直徑200nm~2μm左右。通過偏光顯微鏡發(fā)現(xiàn)了纖維素微晶的光學(xué)各異性及顏色特性。在互成九十度偏光片中間,纖維素納米晶溶液顯示出液晶態(tài)行為;在紅光片的輔助下,根據(jù)取向方向不同,纖維素微晶顯示出紅/藍(lán)的顏色。利用電場可以控制纖維素納米晶的取向,取向會引發(fā)其在偏關(guān)顯微鏡下的顏色的變化。自制設(shè)備JOEY結(jié)果表明隨著電場強(qiáng)度的增加,纖維素納米晶的取向程度更高。偏光顯微鏡下測試表明,纖維素納米晶比纖維素微晶具備更快的響應(yīng)速度,是制備電-光響應(yīng)的優(yōu)異材料之一。
[Abstract]:This paper deals with the mechanism of the formation of anisotropic structural materials by magnetic field and electric field oriented particles . The optical transmittance of cellulose nanocrystals was reduced from 70 % to 5 % in the process of changing angle of incidence from 00 to 650 . The results showed that the optical transmittance of cellulose nanocrystals was reduced from 70 % to 5 % .
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬兆昆;劉朗;劉杰;;紡絲工藝對帶形中間相瀝青基石墨纖維取向結(jié)構(gòu)及熱導(dǎo)率的影響[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2010年09期

2 王華平,胡學(xué)超,王毅,邵惠麗;紡程加張力對PET纖維結(jié)構(gòu)形成的影響[J];合成纖維;1992年04期

3 楊智韜;高軍;瞿金平;;振動力場對注射制品取向結(jié)構(gòu)影響研究[J];中國塑料;2009年01期

4 聶輝泉;常鳳眉;趙漢強(qiáng);林偉生;梁佩源;余愛芳;;用光學(xué)顯微鏡研究苧麻脫膠過程中的形態(tài)變化[J];廣州化學(xué);1988年01期

5 吳絲竹,李榮彬,吳剛;軋制聚丙烯取向結(jié)構(gòu)及分布的表征[J];高分子材料科學(xué)與工程;2000年02期

6 馬德柱,錢恒澤,胡克良,江建生;單向拉伸聚偏氟乙烯的取向結(jié)構(gòu)[J];高分子通訊;1982年06期

7 胡鳳霞,盛家鏞,管新海,陳宇岳,張健;真絲新材料的雙折射取向結(jié)構(gòu)研究[J];絲綢;1999年03期

8 陳前軍;FDY有光三葉異形絲拉伸過程取向結(jié)構(gòu)特性的分析[J];廣東化纖;1998年01期

9 王文樓,林楓涼,陳昆松,俞文海;DMSO分子在蒙脫石層間的取向結(jié)構(gòu)[J];化學(xué)物理學(xué)報(bào);1991年03期

10 趙平;王朝余;傅強(qiáng);;PP／MWNT注塑制品的取向結(jié)構(gòu)和性能研究[J];塑料工業(yè);2007年S1期

相關(guān)會議論文 前6條

1 徐強(qiáng);曹維宇;徐梁華;吳絲竹;;聚丙烯睛基炭纖維預(yù)氧絲取向結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能研究[A];2004年全國高分子材料科學(xué)與工程研討會論文集[C];2004年

2 王彬;張海龍;肖士潔;高愛君;徐j華;;聚丙烯腈纖維低溫?zé)岱�(wěn)定化過程中取向結(jié)構(gòu)對熱環(huán)化反應(yīng)的影響[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(上冊)[C];2010年

3 王彬;張海龍;肖士潔;高愛君;徐j華;;聚丙烯腈纖維低溫?zé)岱�(wěn)定化過程中取向結(jié)構(gòu)對熱環(huán)化反應(yīng)的影響[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(上冊)[C];2010年

4 張峰;安娜;徐j華;吳絲竹;;聚丙烯腈原絲表面及取向結(jié)構(gòu)的研究[A];復(fù)合材料——基礎(chǔ)、創(chuàng)新、高效：第十四屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議論文集（上）[C];2006年

5 曹維宇;溫光和;徐j華;;聚丙烯腈纖維濕法成型凝固過程中取向結(jié)構(gòu)形成研究[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(上冊)[C];2010年

6 曹維宇;溫光和;徐j華;;聚丙烯腈纖維濕法成型凝固過程中取向結(jié)構(gòu)形成研究[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(上冊)[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 陳玉偉;外場作用下各向異性復(fù)合材料的制備及性能研究[D];東華大學(xué);2015年

2 王彬;聚丙烯腈纖維取向結(jié)構(gòu)對熱穩(wěn)定化反應(yīng)的影響[D];北京化工大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李龍;干濕法紡絲過程PAN初生纖維取向結(jié)構(gòu)形成研究[D];北京化工大學(xué);2014年

，

本文編號：1918933