隨著科學技術的發(fā)展及電子、人工智能領域的需要,對傳感器元件的應用條件有了更高要求。這不僅需要傳感器元件對外界環(huán)境變化有良好的響應性能,還需要具備良好的柔韌性能和加工特性。傳統(tǒng)的電子元件比如無機半導體（Si）和金屬材料（Cu）均不能滿足要求。因此,導電硅橡膠復合材料作為敏感材料成為了研究的熱點。本文通過溶液共混法和機械共混法制備了以炭黑和石墨烯為導電填料,不同填料含量的導電硅橡膠復合材料。研究了填料的表面結構、分散性能以及復合材料的導電性能和壓阻特性。并通過對炭黑和石墨烯協(xié)同作用,進一步的提升復合材料的電學性能。論文的主要研究內容和結果如下:（1）分別用溶液共混和機械共混法制備了導電硅橡膠復合材料,探究兩種工藝對復合材料導電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),導電填料含量較少時,溶液共混法制備的導電硅橡膠復合材料的導電性能較好。（2）分別用硅烷偶聯(lián)劑（KH550）和多巴胺對石墨烯表面進行改性。表征分析兩種改性方法。并在此基礎上制備了石墨烯/硅橡膠復合材料。當石墨烯的填充量達到滲流閾值4wt%時,復合材料的體積電阻率發(fā)生突變。同時,4wt%石墨烯填充的復合材料表現(xiàn)出較好的壓阻特性及壓阻重復性。（3）用硅... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

復合材料導電填料的含量和體積電阻率的關系圖

當復合材料內部電子的能量大于該勢壘能量時，電子就會穿過勢遷。這種電子發(fā)生躍遷的現(xiàn)象稱為隧道效應。該理論認為電子躍過勢壘躍遷的能力與該隔離層的厚度和勢壘的能力有關系。電子能量與與阻礙能量越接近，電子就有較大的機會發(fā)生躍遷。當某些隔離層的厚度達到值時，導電微觀粒子電子就會躍過阻礙層發(fā)生躍遷。從而使復合材料在填料填充時產生導電現(xiàn)象。該理論認為低填充量復合材料導電現(xiàn)象本質遷移的結果。圖 1.2 為炭黑/硅橡膠復合材料內部的微觀結構示意圖，從觀察到，炭黑粒子在硅橡膠基體中并不是均勻分散的，而是以炭黑粒子炭黑粒子鏈式結構以一定的間距分散在硅橡膠基體中。其中相距聚集體粒子會躍過隔離層產生電子躍遷現(xiàn)象。假設炭黑粒子的平均間距為 。宏觀電流密度 J 之間的關系是：( )( ) 200J( )Jexp x /2 / 10

1.4.1 石墨烯簡介自從 2004 年，曼徹斯特大學和俄國切爾諾戈洛夫卡微電子工藝研究所(Institute for Microelectronics Technology)的兩組物理團隊共同合作從石墨中分離出單獨的石墨烯平面，石墨烯開始在電子、新能源、生物醫(yī)藥、傳感器等領域嶄露頭角。石墨烯作為二維 sp2雜化炭和蜂窩狀原子晶體，其基本結構單元為有機材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)[35]，是目前最理想的二維納米材料。并且石墨烯是構成其他維度碳材料的基本結構單元。它可以被包裹成零維的富勒烯，卷成一維度的碳納米管或疊加成三維的的石墨。如圖 1.3 所示。它也使得碳材料家族更為充實，形成了從零維的富勒烯、一維的碳納米管、二維的石墨烯到三維的金剛石和石墨的完整體系。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]烯丙基離子液體修飾炭黑/硅橡膠復合材料的壓阻特性[J]. 徐佩,王小溪,胡亞東,羅霄,丁運生.  高分子材料科學與工程. 2017(06)
[2]石墨烯及其納米復合材料的制備與應用研究[J]. 林森,孫仕勇,申珂璇.  人工晶體學報. 2017(06)
[3]原位聚合法與溶液混合法制備石墨烯/聚酰亞胺復合材料及其性能[J]. 馬朗,王國建,戴進峰.  新型炭材料. 2016(02)
[4]復合填料導電聚合物研究新進展[J]. 盧龍飛,王勁,馬緩,曹先覺,齊暑華.  粘接. 2016(03)
[5]KH-570功能化石墨烯的制備與表征[J]. 時鏡鏡,馬文石,林曉丹.  無機化學學報. 2012(01)
[6]納米功能化石墨烯/室溫硫化硅橡膠復合材料的制備與表征[J]. 馬文石,鄧幫君.  復合材料學報. 2011(04)
[7]加成型硅橡膠用補強填料的研究進展[J]. 李如鋼,張敏,李金輝.  有機硅材料. 2011(03)
[8]功能化石墨烯的應用研究新進展[J]. 呂鵬,馮奕鈺,張學全,李瑀,封偉.  中國科學:技術科學. 2010(11)
[9]熔融共混法制備MWCNTs/PET復合材料及性能研究[J]. 劉培培,朱志國,董振峰,王銳,陳放.  材料工程. 2009(S2)
[10]炭黑的應用研究進展[J]. 朱永康.  橡塑技術與裝備. 2009(04)

博士論文
[1]氟橡膠/硅橡膠共混膠的制備、結構與性能研究[D]. 郭建華.華南理工大學 2009
[2]聚氨酯/碳納米管納米復合材料的制備及結構與性能研究[D]. 江楓丹.北京化工大學 2009
[3]基于壓力敏感導電橡膠的柔性多維陣列觸覺傳感器研究[D]. 黃英.合肥工業(yè)大學 2008

碩士論文
[1]雙組分加成型室溫硫化固體硅橡膠的制備及力學性能研究[D]. 劉曉云.南昌大學 2015
[2]氧化石墨烯及其改性材料對內分泌干擾物去除的研究[D]. 尹小龍.陜西科技大學 2015
[3]兩種粒子復配對導電硅橡膠各性能影響的研究[D]. 童曉瑩.南京理工大學 2014
[4]導電橡膠柔性傳感器壓力/溫度特性研究[D]. 王鈺.昆明理工大學 2013
[5]導電石墨烯/聚合物復合材料的制備及壓阻性能研究[D]. 侯毅.北京化工大學 2012
[6]鐵粉填充的導電硅橡膠復合材料的制備與壓阻性能研究[D]. 劉曌媧.內蒙古科技大學 2010
[7]導電炭黑填充硅橡膠復合材料的制備與性能研究[D]. 張園園.山東大學 2010
[8]硅橡膠/納米石墨薄片復合材料在壓力場作用下電導非線性研究[D]. 陳鈴.華僑大學 2007
[9]超導電炭黑填充硅橡膠的制備與性能[D]. 刁廣照.山東大學 2007
[10]導電橡膠的電阻—壓力性能研究[D]. 張豐.北京工業(yè)大學 2004



本文編號：3329931