人工皮肤用碳纳米管/硅胶压敏材料研究

利用溶液共混法制成了一种新型的碳纳米管(CNTs)/硅胶压敏复合材料.实验分析了碳纳米管的功能化、填充体积分数和长径比等对复合材料电学性能的影响.结果表明:功能化可以改善碳纳米管在聚合物中的分散性;改变填料的长径比及填料体积分数可以改变复合材料的压阻敏感性及线性.当功能化碳纳米管添加体积分数为25％时制备的复合材料具有...     

多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料压敏元件特性

为研究碳纳米管填充聚合物复合材料的压力敏感特性,将硅橡胶为基体、多壁碳纳米管为填料的复合材料涂覆在印制板基底上,经溶剂挥发成膜,制备出柔顺式复合材料压敏元件。对碳纳米管质量分数1.6%、4.3%、9.3%的元件进行压阻特性测试,在单轴步进压力下实时检测压力和元件电阻。结果表明,压敏元件在0～110N单轴步进压力下表现出正压阻效应,特性曲线的变化区间与碳纳米管质量分数相互对应。提出压阻效应的机理是元件在压力作用下产生变形,导致碳纳米管导电网络发生破坏与重构。扫描电镜分析表明,碳纳米管随机取向分散于硅橡胶基体中,形成1-3型复合结构。该新型复合材料压敏元件可用于开发柔顺式力传感器。     

碳纳米管/炭黑并用导电橡胶的制备与性能研究

文章基于溶液共混法,制成了一种新型的碳纳米管/炭黑/硅胶多相复合材料.实验利用TEM、压阻测试平台等手段表征和分析了碳纳米管的功能化、添加比例对复合材料性能的影响.实验结果表明:功能化可以有效改善碳纳米管的表面特性,进而改善其在聚合物中的分散性;不同维度纳米材料(碳纳米管/炭黑)的并用会在橡胶体系中形成“葡萄串”结构,...     

碳纳米管/聚合物复合材料的介电与储能特性研究

基于RC网络模型,导出了碳纳米管/聚合物复合材料复介电常数的表达式.深入探讨了碳纳米管的含量、碳纳米管的弯曲度和电磁波频率对碳纳米管/聚合物复合材料储能特性的影响,构建了碳纳米管/聚合物复合材料储能特性的理论模型.数值计算了碳纳米管/聚合物复合材料的复介电常数和储能密度.模拟结果表明:在聚合物基质中适当添加碳纳米管,能使材料复介电常数的实部显著增大,储能特性显著增强;增大碳纳米管的弯曲度和电磁波的频率会导致材料的储能密度明显降低.理论值与已获得的实验数据相吻合.     

北京大学化学与分子工程学院李彦课题组研究进展

李彦课题组采用原位聚合的方法制备出了碳纳米管阵列与聚丙烯酰胺水凝胶的复合薄膜。依赖于水凝胶的特性,这种薄膜具有良好的亲水性,能够快速吸收水分;同时碳纳米管的疏水性质以及其在复合材料中保持良好的阵列微观结构,使其具有很高的饱和水蒸气压,因此该复合薄膜又能迅速将吸     

P3HT有机压阻器件受黏弹性的影响及其机械性能改进

制备了ITO\P3HT(100 nm)\Al(70 nm)结构的有机压阻器件,并测试了其在不同压力下的I-V特性,发现了承压后动态电学特性不同的两种类型的压阻器件,且两种压阻器件都表现出负压阻特性.现认为器件类型的分化可能是由于P3HT黏流形变的作用.为了减小黏流形变和改善薄膜弹性,提出了一种薄膜制备改进工艺:真空快速成膜工艺和退火处理,二者结合可以提高薄膜的杨氏模量,减小薄膜的黏流形变,提高其机械性能稳定性,有助于稳定压阻器件的性能,拓宽传感器的量程.     

细乳液原位聚合法制备聚苯乙烯非共价修饰的碳纳米管

用细乳液原位聚合方法合成了聚苯乙烯/碳纳米管复合乳液,在用于聚合的单体中加入5%的交联剂二乙烯苯,使得部分聚苯乙烯通过交联缠绕固定在碳纳米管表面.乳液中碳纳米管表面负载有聚苯乙烯纳米微球或纳米薄膜.破乳后得到的复合材料在除去游离态的聚苯乙烯后,仍有部分聚合物因交联缠绕作用而存在于碳纳米管表面,使碳纳米管可均匀地分散于甲苯溶剂中.该方法解决了非共价修饰中聚合物和碳纳米管之间的结合力问题.     

碳纳米管填充聚合物复合材料电导率仿真研究

文章构建碳纳米管填充聚合物复合材料电导率仿真模型，采用蒙特卡洛方法实现碳纳米管填充聚合物复合材料三维建模，根据碳纳米管分布状态建立碳纳米管间距离矩阵，结合碳纳米管填充聚合物复合材料导电机理生成碳纳米管间电阻矩阵，应用大型纯电阻网络等效电阻计算方法得到复合材料电导率仿真结果，对比仿真值与实验数据，两者高度一致。借助电导率仿真模型研究碳纳米管长度和直径对复合材料电导率的影响，碳纳米管体积分数不变时，电导率随长径比增加而增大。该文建立的仿真模型可以预测不同参数碳纳米管填充聚合物复合材料电导率，为设计高性能的碳纳米管填充聚合物复合材料提供理论参考。     

碳纤维复合材料单向层合板自传感特性

通过测试碳纤维/环氧复合材料(CFRP)单向层合板单轴拉伸和循环拉伸时的电阻变化,研究了碳纤维复合材料单向层合板自传感特性.结果表明:不同铺层方向CFRP单向层合板拉伸时体积电阻变化特性各不相同,该电阻变化特性比应力、应变能更多地反映有关材料内部结构变化的信息;CFRP单向层合板具有压阻效应,压阻效应随着应力的增加而增加,偏轴拉伸、横向拉伸时压阻效应比纵向拉伸时要大,且随铺层方向角的增大,压阻效应越来越明显.利用CFRP单向层合板这种自传感特性,可实现在线实时自监测以及对其损伤、破坏的自诊断.     

PVDF/TiO_2纳米复合薄膜的电学性能研究

利用Bruggenman介质模型和多壳模型定量分析了球形TiO2纳米颗粒在PVDF聚合物中分布的体积分数与颗粒尺寸对复合薄膜电学特性的影响规律。分析结果表明,TiO2纳米颗粒体积分数为5%时即可获得较好的分布参数。通过宽带介电谱测试实验对PVDF/TiO2纳米复合材料的电学性能进行了表征。根据该电学性能分析结果,探讨了纳米颗粒与聚合物之间的界面效应对PVDF/TiO2纳米复合材料的电学性能的影响。实验结果表明,TiO2的添加提高了材料的极化能力,使材料获得了较大的介电常数,同时降低了介电损耗,对材料的阻抗影响不大,减小了材料的漏电流。     

石墨烯银纳米线透明导电薄膜的制备进展

透明导电薄膜是触摸器件以及液晶显示器等的重要组成部分,制备透明导电薄膜的材料主要有金属氧化物、导电聚合物、碳材料、金属材料和复合材料等。其中,一维银纳米线和二维石墨烯材料制备透明导电薄膜具有光电性能优异、化学性能稳定和柔韧性好等特点,有望应用于柔性电子设备中。介绍了石墨烯银纳米线透明导电薄膜常用的制备方法：旋涂法、真空抽滤法、棒涂法、喷涂法、滴涂法等5种以及各种制备方法的优缺点;总结了石墨烯银纳米线复合薄膜的应用领域;展望了石墨烯银纳米线透明导电薄膜的发展前景。     

Improved electrical resistance-pressure strain sensitivity of carbon nanotube network/polydimethylsiloxane composite using filtration and transfer process

The electrical resistance-pressure strain sensitivity of carbon nanotube network (NTN)/polymer composite is investigated. In this research, polydimethylsiloxane (PDMS) is used as the polymer matrix. The composite of NTN embedded in PDMS matrix has been fabricated by using filtration and transfer process. The thickness of NTN/PDMS composite can be controlled. Electrical resistance and pressure strain of the NTN/PDMS composite are measured simultaneously. Electrical resistance of NTN/PDMS composite has been obtained as a function of pressure strain. The NTN/PDMS composite exhibits linear change in electrical resistance as a result of pressure strain and has improved electrical resistance-pressure strain sensitivity. The NTN/PDMS composite has 90.6% resistance change at 6% pressure strain. The electrical resistance-pressure strain sensitivity of NTN/PDMS composite using filtration and transfer process is 2.13 times of the traditional NTN/PDMS composite. The characteristic in electrical resistance change implies that NTN/PDMS composite can be used as pressure strain sensors and applied to sensor systems.     

网络互穿结构的碳纳米管铜基复合材料研究

在碳纳米管为骨架的明胶复合弹性体的形成过程中预埋铜粉,并经过炭化、还原、真空烧结等热处理,制备了碳纳米管-铜基复合材料.扫描电镜(SEM)照片表明,碳纳米管与铜基形成了网络互穿的结构.摩擦学试验结果表明,随着碳纳米管的质量分数从0%增加到9%,复合材料的耐摩擦性能得到了很大的改善.     

碳纳米管作导电剂对LiFePO4锂离子电池性能的影响

考察添加碳纳米管作导电剂对LiFePO4锂离子电池性能的影响.采用液态锂离子电池工艺制备063048型LiFePO4锂离子电池,利用XRD,SEM及充放电方法对电池电极的结构、表面形貌和电化学性能进行表征和测试.研究结果表明:添加碳纳米管作导电剂的极片压实密度与未添加的相比提高了5%,同时也形成了良好的导电网络,电池内阻较小,电池首次放电容量达到131.8 mA·h/g,而未添加碳纳米管的首次放电容量为124.6 mA.h/g;添加碳纳米管作导电剂电池的循环性能较好,120次循环后容量几乎没有衰减,而未添加碳纳米管的电池经120次循环后容量保持率为94.1%.添加碳纳米管作导电剂电池的倍率性能优异,其6C的放电容量是0.5C的81.8%(其中,C为电流倍率),未添加碳纳米管的电池6C的放电容量是0.5C的75%.添加碳纳米管作导电剂的电池,电极界面阻抗比未添加碳纳米管的电池的界面阻抗小.     

Application of Raman spectroscopy in carbon nanotube-based polymer composites

Raman spectroscopy has been widely used to identify the physical properties of carbon nanotubes (CNTs), and to assess their func-tionalization as well as orientation. Recently, Raman spectroscopy has become a powerful tool to characterize the interfacial properties between CNTs and polymer matrices. This review provides an overview of micro-Raman spectroscopy of CNTs and its application in studying CNT reinforced polymer composites. Based on the specific Raman band shifts relating to the mechanical deformation of CNTs, Raman scattering can be used to evaluate the interactions between the CNTs and the surrounding polymer in the composites, and to detect the phase transitions of the polymer, and investigate the local stress state as well as the Young’s modulus of the CNTs. Moreover, we also review the current progress of Raman spectroscopy in various CNT macroarchitectures (such as films, fibers as well as composite fibers). The microscale structural deformation of CNT macroarchitectures and strain transfer factors from macroscale architectures to microscale structures are inferred. Based on an in situ Raman-tensile test, we further predict the Young’s modulus of the CNT macroarchitectures and reveal the dominating factors affecting the mechanical performances of the CNT macroarchitectures     

Building well-defined hierarchical nanostructures for sulfur and silicon electrodes

Huge volume expansion of electrode materials (e.g. 80% for sulfur and 310% for silicon) in the electrochemical lithiation reaction is seen as a root-cause of fast capacity fading of rechargeable lithium batteries. In this work, an effective solution is demonstrated by fabricating thin film sulfur and silicon electrodes with hierarchical structure of sulfur (or silicon) particles sandwiched between adjacent reduced graphene oxide (rGO) layers. The hierarchical films are constructed via vacuum filtration assisted layer-by-layer assembly of rGO and the respective precursor particles, i.e. zinc sulfide or silica shelled by super-sticky polydopamine. Polydopamine serves as a glue of rGO layers to furnish good mechanical integrity to the structure, and the precursor of nitrogen-doped carbon upon high-temperature calcination to ensure the electrical contacts between rGO layers. Zinc sulfide is oxidized to the electrochemically active sulfur by soaking in ferric aqueous solution, while silica is reduced to nanosized silicon in magnesium vapor at high temperature. The electrochemical studies reveal that the binder-free hierarchical electrodes can tolerate the volume change upon lithiation/delithiation, giving high initial Coulombic efficiency and good capacity retention. The rGO layers in the sulfur electrode is also found to effectively mitigate the diffusion of polysulfides into electrolyte.     

稀土改性碳纳米管复合薄膜制备及其摩擦磨损性能

利用自组装技术,在玻璃基片表面制备了稀土改性碳纳米管复合薄膜,采用接触角测量仪测量了不同成膜时间下水在薄膜表面的接触角,使用X射线光电子能谱仪分析了薄膜表面稀土元素的化学状态,并运用UMT 2MT型摩擦磨损试验机评价了薄膜的摩擦磨损性能.结果表明：稀土改性后的碳纳米管成功地组装到磷酸化后的氨基硅烷薄膜表面而形成碳纳米管复合薄膜;碳纳米管复合薄膜表现出优异的摩擦磨损性能,在给定试验条件下,玻璃基片表面的摩擦系数由0.70降至0.13左右, 并表现出了优异的耐磨性和摩擦稳定性.     

超顺排碳纳米管阵列、薄膜、长线——通向应用之路

碳纳米管阵列是一种通过自组织形成的有序碳纳米管集体,其中的碳纳米管垂直于基底排列起来.超顺排碳纳米管阵列是一种特殊的碳纳米管阵列,其独特之处在于可以直接抽出连续的碳纳米管薄膜.该碳管薄膜仅有几十纳米厚,既透明又导电,其中的碳管沿抽拉方向平行排列.如果让拉出的薄膜通过一挥发性溶剂,或者采用边拉边绞的方式,该碳管薄膜又可以收缩成长线.该收缩后的长线具有高的力学强度和杨氏模量,是电的良导体.这些连续的薄膜和长线,将纳米级的碳管变成宏观可操控的客体,将碳纳米管优异的物理化学性质带到各种宏观应用,打开了一条从纳米世界通向宏观应用之路.该文将介绍超顺排碳纳米管在宏观尺度的应用和基于超顺排碳纳米管的产品,如高分辨透射电子显微镜用碳纳米管微栅,透明柔性可拉伸的碳纳米管薄膜扬声器,碳纳米管触摸屏等.     

TPD的传输与发光性质

研究了三苯基二胺（TPD）在电致发光中的传输与发光性质。观察到真空积淀的TDP薄膜光谱的达维道夫（Davydov）劈裂,用原子力显微镜（AFM）比较了退火前后TPD薄膜的表面形貌,测定了退火后TPD单层EL器件所发射的光谱,分析了在双层EL器件中TPD的电荷传输作用,从而证明了双层界面上电子空穴的复合得到增强。