本文關(guān)鍵詞：CNT海綿增強形狀記憶聚合物復(fù)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(lǐng)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(guān)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(fù)與快速回復(fù)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(fù)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(fù)合材料微結(jié)構(gòu)出發(fā),基于跨尺度設(shè)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(fù)合材料進行設(shè)計、制備、表征與驅(qū)動機制分析。同時以提升形狀記憶聚合物復(fù)合材料響應(yīng)速度以及雙向驅(qū)動為目標(biāo),對以上復(fù)合材料的物理狀態(tài),化學(xué)狀態(tài)以及性能進行了表征,分析與闡述了復(fù)合材料的形狀記憶驅(qū)動機制。其主要內(nèi)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(xué)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(jīng)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。并對其比表面積及宏觀性能導(dǎo)電率進行表征,結(jié)果表明碳納米管海綿是比表面積為35 m2/g,導(dǎo)電率為364.6 S/m導(dǎo)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(dāng)中,并通過梯度固化法制備出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.8%、密度為0.1 g/cm3的復(fù)合材料。SEM表征表明了復(fù)合材料中碳納米管之間相互搭接聯(lián)通的結(jié)構(gòu)。通過電學(xué)性能表征,表明了復(fù)合材料的電導(dǎo)率為123.5 S/m。通過對不同響應(yīng)電壓下單向復(fù)合材料的響應(yīng)時間研究,揭示了隨著電壓的升高,復(fù)合材料響應(yīng)時間變短,最終在加載電壓為17 V之后響應(yīng)時間不變這一規(guī)律。同時用紅外熱成像機研究復(fù)合材料表面溫度分布,分析形狀記憶復(fù)合材料快速驅(qū)動的機制。其快速響應(yīng)時間在8 s以內(nèi)。DMA表征實驗表明復(fù)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(fù)合材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度為98.9℃,比純形狀記憶聚合物提高8.1℃。復(fù)合材料的回復(fù)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(qū)動形狀記憶復(fù)合材料的模型同時構(gòu)筑了該復(fù)合材料。揭示了隨著電壓變換周期的增加,雙向電驅(qū)動復(fù)合材料的回復(fù)距離不斷變大,并最終在電壓變換周期為120 s后回復(fù)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(guān)鍵詞】：碳納米管海綿 形狀記憶聚合物 復(fù)合材料 快速響應(yīng) 雙向電驅(qū)動
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(fù)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(fù)合材料的制備10-11
• 1.2.2 碳納米管增強復(fù)合材料的電學(xué)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(fù)合材料14-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 實驗部分19-25
• 2.1 實驗藥品和測試儀器設(shè)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(fù)合材料的制備21-22
• 2.4 雙向電驅(qū)動形狀記憶復(fù)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(fù)合材料的表征方法23-25
• 2.6.1 形狀記憶復(fù)合材料動態(tài)力學(xué)性能分析（DMA）23-24
• 2.6.2 形狀記憶復(fù)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(fù)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(dǎo)電性能表征31-32
• 3.2 形狀記憶復(fù)合材料的制備及其性能表征32-35
• 3.2.1 形狀記憶復(fù)合材料的制備32-33
• 3.2.2 形狀記憶復(fù)合材料的SEM表征33-34
• 3.2.4 形狀記憶復(fù)合材料的電學(xué)性能表征34-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 第4章 復(fù)合材料的電驅(qū)動行為及機制研究36-59
• 4.1 形狀記憶復(fù)合材料的單向驅(qū)動研究36-47
• 4.1.1 形狀記憶復(fù)合材料的紅外表征36-38
• 4.1.2 復(fù)合材料的不同電壓下形狀記憶性能研究38-41
• 4.1.3 復(fù)合材料的形狀記憶性能41-47
• 4.2 復(fù)合材料的雙向驅(qū)動研究47-57
• 4.2.1 雙向電驅(qū)動復(fù)合材料的制備48-49
• 4.2.2 雙向電驅(qū)動復(fù)合材料的循環(huán)回復(fù)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(jié)57-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻60-69
• 致謝69

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