本文關鍵詞：CNT海綿增強形狀記憶聚合物復合材料的制備及性能研究

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【摘要】：隨著航空航天等領域的高速發(fā)展,研究者們對于材料性能的要求也日漸苛刻。為了滿足這一需求,智能材料的研制成為重要的發(fā)展方向之一,形狀記憶材料作為智能材料的寵兒而備受關注。但一直以來增強體在形狀記憶聚合物中的均勻良好分散與聯(lián)通是個大問題,同時雙向回復與快速回復是巨大挑戰(zhàn)。針對以上面臨的兩個問題,本文以提升形狀記憶聚合物復合材料中碳納米管聯(lián)通與分散為途徑,從形狀記憶聚合物復合材料微結構出發(fā),基于跨尺度設計思想,采用灌注模式對碳納米管海綿增強形狀記憶聚合物復合材料進行設計、制備、表征與驅動機制分析。同時以提升形狀記憶聚合物復合材料響應速度以及雙向驅動為目標,對以上復合材料的物理狀態(tài),化學狀態(tài)以及性能進行了表征,分析與闡述了復合材料的形狀記憶驅動機制。其主要內容如下:為使碳納米管能夠良好的分散在形狀記憶聚合物中,而不形成團聚。本文采用化學氣相沉積法制備了具有良好分散特性的三維宏觀體海綿,并經SEM,TEM對CNT海綿進行了微觀形貌的表征,得到碳納米管海綿其實是由直徑20 nm,壁厚5 nm的碳納米管互相聯(lián)通的多孔網絡結構。并對其比表面積及宏觀性能導電率進行表征,結果表明碳納米管海綿是比表面積為35 m2/g,導電率為364.6 S/m導電性宏觀體材料。本文采取浸灌法將形狀記憶聚合物灌注到碳納米管海綿當中,并通過梯度固化法制備出質量分數(shù)為97.8%、密度為0.1 g/cm3的復合材料。SEM表征表明了復合材料中碳納米管之間相互搭接聯(lián)通的結構。通過電學性能表征,表明了復合材料的電導率為123.5 S/m。通過對不同響應電壓下單向復合材料的響應時間研究,揭示了隨著電壓的升高,復合材料響應時間變短,最終在加載電壓為17 V之后響應時間不變這一規(guī)律。同時用紅外熱成像機研究復合材料表面溫度分布,分析形狀記憶復合材料快速驅動的機制。其快速響應時間在8 s以內。DMA表征實驗表明復合材料的最高儲能模量為2.96 GPa,比純形狀記憶聚合物提高0.6 GPa。復合材料的玻璃轉化溫度為98.9℃,比純形狀記憶聚合物提高8.1℃。復合材料的回復力為14.07 N,比純形狀記憶聚合物提高11.3 N。建立了雙向電驅動形狀記憶復合材料的模型同時構筑了該復合材料。揭示了隨著電壓變換周期的增加,雙向電驅動復合材料的回復距離不斷變大,并最終在電壓變換周期為120 s后回復距離不在改變的規(guī)律。制造了模仿生物界尺蠖運動的以0.8 mm/min平穩(wěn)速度前進的機器人。
【關鍵詞】：碳納米管海綿 形狀記憶聚合物 復合材料 快速響應 雙向電驅動
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 碳納米管增強復合材料的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 碳納米管增強環(huán)氧樹脂復合材料的制備10-11
• 1.2.2 碳納米管增強復合材料的電學性能11-12
• 1.3 形狀記憶樹脂的研究現(xiàn)狀12-18
• 1.3.1 形狀記憶聚合物的背景與定義13-14
• 1.3.2 形狀記憶聚合物基復合材料14-18
• 1.4 本文的主要研究內容18-19
• 第2章 實驗部分19-25
• 2.1 實驗藥品和測試儀器設備19-20
• 2.2 碳納米管海綿的具體制備過程20-21
• 2.3 形狀記憶基復合材料的制備21-22
• 2.4 雙向電驅動形狀記憶復合材料制備22
• 2.5 碳納米管海綿的基本表征方法22-23
• 2.5.1 碳納米管海綿的SEM表征22-23
• 2.5.2 碳納米管海綿的TEM表征23
• 2.5.3 碳納米管海綿的BET比表面積表征23
• 2.6 形狀記憶復合材料的表征方法23-25
• 2.6.1 形狀記憶復合材料動態(tài)力學性能分析（DMA）23-24
• 2.6.2 形狀記憶復合材熱失重分析（TMA）24
• 2.6.3 紅外熱成像分析24-25
• 第3章 形狀記憶復合材料的性能研究25-36
• 3.1 碳納米管海綿的表征和性能分析25-32
• 3.1.1 碳納米管海綿的制備25-27
• 3.1.2 碳納米管海綿的SEM及TEM表征27-29
• 3.1.3 碳納米管海綿的BET比表面積表征29-31
• 3.1.4 碳納米管海綿的導電性能表征31-32
• 3.2 形狀記憶復合材料的制備及其性能表征32-35
• 3.2.1 形狀記憶復合材料的制備32-33
• 3.2.2 形狀記憶復合材料的SEM表征33-34
• 3.2.4 形狀記憶復合材料的電學性能表征34-35
• 3.3 本章小結35-36
• 第4章 復合材料的電驅動行為及機制研究36-59
• 4.1 形狀記憶復合材料的單向驅動研究36-47
• 4.1.1 形狀記憶復合材料的紅外表征36-38
• 4.1.2 復合材料的不同電壓下形狀記憶性能研究38-41
• 4.1.3 復合材料的形狀記憶性能41-47
• 4.2 復合材料的雙向驅動研究47-57
• 4.2.1 雙向電驅動復合材料的制備48-49
• 4.2.2 雙向電驅動復合材料的循環(huán)回復過程研究49-55
• 4.2.3 機器人的制造及行進過程55-57
• 4.3 本章小結57-59
• 結論59-60
• 參考文獻60-69
• 致謝69

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本文編號：688499