發(fā)布時(shí)間：2017-09-20 06:31

  本文關(guān)鍵詞：碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料制備工藝與電學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 復(fù)合材料 電學(xué)性能 電鍍 粉末冶金 電導(dǎo)率 載流量

【摘要】：碳納米管(CNTs)具有極高的力學(xué)性能、優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能,被視為理想的復(fù)合材料增強(qiáng)相。CNTs增強(qiáng)復(fù)合材料已成為一個(gè)極為重要的研究領(lǐng)域。然而,由于CNTs與金屬基體間相容性、增強(qiáng)體空間分布難以控制、CNTs本身載流量高而電導(dǎo)率相對(duì)較低等,CNTs增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料尚未展現(xiàn)出對(duì)金屬基體電學(xué)性能的顯著提升,或者無(wú)法有效兼顧電學(xué)性能和力學(xué)性能,整體研究仍處于起步階段。鑒于此,從預(yù)處理、制備方法和電學(xué)機(jī)制分析等方面概述了CNTs增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料電學(xué)性能的研究現(xiàn)狀,并展望了該領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)電鍍和粉末冶金兩種不同的制備工藝分別制備試樣,然后研究不同工藝條件對(duì)CNTs-Cu復(fù)合材料電學(xué)性能的影響。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展,電鍍工藝是目前唯一能制備出高載流量、高電導(dǎo)率CNTs-Cu復(fù)合材料的方法；而粉末冶金法則是研究CNTs-Cu復(fù)合材料最廣泛的方法。所以,這兩種方法具有廣泛代表性。采用電鍍法制備三明治結(jié)構(gòu)CNTs-Cu復(fù)合材料,對(duì)試樣使用四探針?lè)z測(cè)電導(dǎo)率,采用SEM.EDX和XRD分析試樣表面形貌、元素和物相組成。在制備試樣過(guò)程中,鍍層顆粒粒徑隨電鍍電流密度增大而增大,且顆粒形貌逐漸由球形轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則多邊形。在電鍍電流密度由1.0mA cm-2增加至5.0mA cm-2過(guò)程中,復(fù)合材料電導(dǎo)率45.2×103 S cm-1降低至2.04×103 S cm-1。對(duì)電導(dǎo)率下降的原因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：隨電鍍電流密度增加,顆粒粒徑增加且形貌也由球形轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則多邊形。與不規(guī)則多邊形相比,由大小不一的球形顆粒堆積形成的鍍層孔隙更少,能降低電子在孔隙處散射的概率,從而電導(dǎo)率越高。對(duì)粉末冶金法制備的試樣使用渦流導(dǎo)電儀測(cè)試電導(dǎo)率,采用阿基米德排水測(cè)試密度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用普通多壁碳納米管(MWCNTs)和鍍Ni-MWCNTs。研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料密度和電導(dǎo)率隨CNTs加入量增加而降低。因?yàn)镃NTs與Cu浸潤(rùn)性差,將CNTs引入基體后CNTs不與基體發(fā)生反應(yīng),所以增強(qiáng)相與基體界面結(jié)合性能不好。增強(qiáng)相的加入將產(chǎn)生孔隙,增強(qiáng)相加入越多,基體內(nèi)產(chǎn)生的孔隙越多,所以密度和電導(dǎo)率越低。另一方面,由于CNTs電導(dǎo)率低于Cu,所以CNTs加入Cu必然會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料電導(dǎo)率降低。與普通MWCNTs相比,使用鍍Ni-MWCNTs制備的試樣電導(dǎo)率和密度都高于普通MWCNTs,因?yàn)镹i與Cu無(wú)限互溶,鍍Ni-MWCNTs與Cu的界面結(jié)合性能要優(yōu)于普通MWCNTs:另一方面,Ni與Cu密度相當(dāng),球磨過(guò)程中鍍Ni-MWCNTs更容易混合均勻。由上述兩點(diǎn)可知,鍍Ni-MWCNTs制備的復(fù)合材料性能更加優(yōu)異。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 電學(xué)性能 電鍍 粉末冶金 電導(dǎo)率 載流量
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB333
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 預(yù)處理13-19
• 1.2.1 改性13-16
• 1.2.2 制成CNTs纖維和巴基紙16-18
• 1.2.3 分離金屬性和半導(dǎo)體性CNTs18-19
• 1.3 制備工藝19-24
• 1.3.1 粉末冶金法19-21
• 1.3.2 電鍍和電泳沉積21-23
• 1.3.3 其他方法23-24
• 1.4 影響電學(xué)性能的因素24-31
• 1.4.1 CNTs互成網(wǎng)絡(luò)24-25
• 1.4.2 接觸電阻與界面現(xiàn)象25-26
• 1.4.3 孔隙和缺陷對(duì)電導(dǎo)率的影響26-28
• 1.4.4 CNTs排布方向28
• 1.4.5 其他28-31
• 1.5 本課題的意義與目的31-32
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法與分析測(cè)試技術(shù)32-46
• 2.1 電鍍法制備碳納米管銅基復(fù)合材料方法32-35
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)所用主要試劑32
• 2.1.2 原料與設(shè)備32-33
• 2.1.3 制備工藝33-35
• 2.2 粉末冶金法制備碳納米管銅基復(fù)合材料方法35-39
• 2.2.1 粉末冶金簡(jiǎn)介35-37
• 2.2.2 主要原料和設(shè)備37-38
• 2.2.3 制備工藝38-39
• 2.3 分析測(cè)試技術(shù)39-46
• 2.3.1 掃描電鏡(SEM)39
• 2.3.2 X射線衍射(XRD)39-40
• 2.3.3 能譜分析(EDS)40-41
• 2.3.4 四探針電阻儀41-44
• 2.3.5 渦流導(dǎo)電儀44-45
• 2.3.6 行星式球磨機(jī)45-46
• 第三章 電鍍法制備碳納米管銅基復(fù)合材料的電學(xué)性能46-69
• 3.1 碳納米管薄膜電鍍銅的原理46
• 3.2 電導(dǎo)率結(jié)果討論與分析46-60
• 3.3 分析影響三明治結(jié)構(gòu)CNTs-Cu復(fù)合材料電導(dǎo)率的因素60-63
• 3.4 載流量分析63-67
• 3.5 本章小結(jié)67-69
• 第四章 粉末冶金法制備碳納米管銅基復(fù)合材料69-75
• 4.1 引言69
• 4.2 CNTs-Cu復(fù)合材料的密度69-71
• 4.3 CNTs-Cu復(fù)合材料的電導(dǎo)率71-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 第五章 結(jié)論75-77
• 5.1 結(jié)論75-76
• 5.2 展望76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 附錄A：主要研究成果83

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本文編號(hào)：886441