以鍺硒玻璃（GeSe₄）作為硒源制備一維硒納米纖維（SeF）,將其與碳纖維（CF）按一定體積比混雜,制備硒/碳共混環(huán)氧樹脂（SeF/CF/EP）復(fù)合材料。測(cè)量SeF摻雜前后復(fù)合材料的體積電阻率變化,分析SeF/CF混雜比對(duì)材料導(dǎo)電機(jī)敏性的影響。結(jié)果表明,SeF摻雜前,碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料（CF/EP）體積電阻率隨纖維長(zhǎng)度的增大而降低,隨CF含量的增加呈階段性減小趨勢(shì),2、4和6 mm長(zhǎng)度的CF/EP復(fù)合材料的滲濾閾值分別為0.9%、0.3%和0.05%,隨溫度的升高,CF/EP復(fù)合材料先后呈現(xiàn)正溫度效應(yīng)（PTC）和負(fù)溫度效應(yīng)（NTC）,無(wú)明顯光敏特性;SeF摻雜后,復(fù)合材料導(dǎo)電性能顯著提高,當(dāng)SeF/CF體積比為3.06時(shí),材料體積電阻率較摻雜前下降91%,隨溫度的升高,SeF/CF/EP復(fù)合材料的體積電阻率始終保持PTC效應(yīng),光敏特性顯著增強(qiáng)。 

【文章來(lái)源】：塑料工業(yè). 2017,45(09)北大核心CSCD

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體積電阻率測(cè)試示意圖

Ω·cm下降至CF含量為1.8%時(shí)的160Ω·cm。4和6mm長(zhǎng)度的CF/EP復(fù)合材料，體積電阻率由初始的108Ω·cm分別降低至CF含量為1.3%的71Ω·cm和39Ω·cm。由圖2觀察得到，纖維長(zhǎng)度為2、4和6mm的CF/EP復(fù)合材料的滲濾閾值分別為0.9%、0.3%、0.05%。根據(jù)排斥體積理論［14］可知，影響材料導(dǎo)電性能的滲濾閾值與材料內(nèi)導(dǎo)電粒子的實(shí)際體積和平均排斥體積有關(guān)。當(dāng)短切CF在結(jié)構(gòu)中均勻分布時(shí)，復(fù)合材料的滲濾閾值與纖維長(zhǎng)徑比(L/r)呈負(fù)相關(guān)，即長(zhǎng)徑比越大的纖維，其滲濾閾值越小，導(dǎo)電通道建立效果越好，體積電阻率越低。圖2CF尺寸及含量對(duì)CF/EP體積電阻率的影響Fig2EffectofCFlengthandmassfractionontheelectricalresistivity分析CF含量對(duì)復(fù)合材料體積電阻率的影響。由圖2可知，三種長(zhǎng)度CF/EP復(fù)合材料的體積電阻率隨CF含量的增大，呈階段性減小趨勢(shì)。以長(zhǎng)度為4mm的CF為例，體積電阻率變化可分為三個(gè)階段:(1)當(dāng)CF含量小于0.03%時(shí)，體積電阻率保持108Ω·cm不變，在此階段導(dǎo)電粒子被樹脂基體隔開而無(wú)法形成完整穩(wěn)定的導(dǎo)電通道，體積電阻率更加接近樹脂基體的體積電阻率，導(dǎo)電主要利用量子隧道理論［15］，因此復(fù)合材料仍處于高阻階段;(2)當(dāng)CF含量由0.03%增至1.3%時(shí)，體積電阻率進(jìn)入衰減階段，分為0.03%～0.3%的非線性快速衰減階段，體積電阻率由初始的108Ω·cm衰減608Ω·cm，及0.3%～1.3%的線性緩慢衰減階段，體積電阻率衰減至69Ω·cm。衰減的主要原因?yàn)?隨著CF含量的增大，其逐漸接觸并形成導(dǎo)電通道，體積電阻率大幅衰減。當(dāng)CF含量達(dá)到滲濾閾值時(shí)，彼此搭接為相對(duì)完整的導(dǎo)電通道，會(huì)發(fā)生滲濾現(xiàn)象，材料由絕緣體過渡為半導(dǎo)體，此時(shí)導(dǎo)電通道理論和量子隧道理論共同作用。衰減后期，隨著CF含量進(jìn)一步增大，其彼此接?

;當(dāng)溫度由90℃升高到140℃時(shí)，碳纖維表面活性增加，導(dǎo)電性能增強(qiáng)，纖維活性提升的影響強(qiáng)于基體膨脹的影響，呈現(xiàn)NTC效應(yīng)［17］。對(duì)于SeF摻雜后的復(fù)合材料，當(dāng)溫度低于80℃時(shí)，其體積電阻率明顯低于CF/EP復(fù)合材料。但隨著溫度的進(jìn)一步升高，其體積電阻率持續(xù)增大�？傮w來(lái)看，SeF/CF/EP復(fù)合材料的體積電阻率隨溫度升高始終呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，呈現(xiàn)PTC效應(yīng)。這是由于SeF尺寸較小，導(dǎo)致內(nèi)部導(dǎo)電通道較脆弱，溫度升高易遭到破壞，所以SeF摻雜后的SeF/CF/EP復(fù)合材料導(dǎo)電性能隨溫度變化更為劇烈，表現(xiàn)出較強(qiáng)的溫敏效應(yīng)。圖3CF/EP和SeF/CF/EP復(fù)合材料的體積電阻率隨溫度變化Fig3VariationofelectricalresistivityofCF/EPandSeF/CF/EPwithtemperature2.4SeF對(duì)CF/EP復(fù)合材料光敏性能的影響在不同光照強(qiáng)度下分別測(cè)試SeF/CF體積比為0、0.516、1.03和2.06的四組SeF/CF/EP復(fù)合材料體積電阻率，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)電壓低于2.3V時(shí)，未達(dá)到光照閾值，LED燈為暗狀態(tài);當(dāng)電壓為3.1V時(shí)，LED燈達(dá)到極限亮度，因此有效測(cè)試區(qū)間為2.3～3.1V。在此范圍內(nèi)，LED光照強(qiáng)度隨電壓的增加而增大。如圖所示，在不同光照強(qiáng)度下，CF/EP復(fù)合材料(SeF/CF=0)的體積電阻率不發(fā)生變化;相反，SeF/CF/EP復(fù)合材料表現(xiàn)出較強(qiáng)的光敏特性。SeF/CF體積比為0.516、1.03和2.06的SeF/CF/EP復(fù)合材料體積電阻率均隨光強(qiáng)的增大而減小，由1128、675、332Ω·cm分別降低至1068、545、244Ω·cm，衰減率分別為5.3%、19.3%、26.3%。當(dāng)達(dá)到2.7、2.9、3.1V后，體積電阻率趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樵诠庹諚l件下，SeF的表面活性增加，促進(jìn)新的導(dǎo)電通道形成，體積電阻率下降。綜上表明，CF本不具備光敏特性，SeF摻雜使材料的光敏特性得到顯著改善。圖4CF/EP和SeF/CF/EP復(fù)合材料的體積電阻率?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3281590