AlN/碳纤维混合填充橡胶复合材料的导热性能

高导热橡胶复合材料由于其具有耐腐蚀、电绝缘等优点,被广泛应用于航空、航天、电子等需散热的工业领域中.在橡胶基体中填加高导热填料是提高复合材料导热性能的最有效、最常用的方法,通常采用单一填料如炭黑、金属粒子、碳纤维、碳纳米管等填充橡胶基体,但单一填料填充时往往需要高填充量来获得高导热性能,造成工艺复杂、生产成本高等问题.本文采用两种混合填料填充橡胶基体,考虑填充型复合材料的微观结构形态与填料空间位置的随机性,基于随机顺序添加算法与均匀化理论,建立球形氮化铝(AlN)和碳纤维(Nippon CN-90)混合填料填充复合材料的三维随机代表体积单元RVE(representative volume element)模型.运用ANSYS软件对其进行数值模拟研究,讨论了两种填料空间分布、体积配比以及填料含量对复合材料导热性能的影响.结果表明,由于碳纤维具有明显的取向性,混合填充复合材料各方向上的热导率表现出差异性,各方向热导率的平均值可宏观表征复合材料的热导率;球形AlN和碳纤维混合填充复合材料时,碳纤维对复合材料热导率起主导作用,复合材料热导率与填料体积配比大致呈线性增长关系;碳纤维填充体积分数一定时,球形AlN含量增加,复合材料热导率缓慢增大,球形AlN填充体积分数一定时,碳纤维含量增加,复合材料热导率迅速增大;混合填充可以在较低碳纤维体积分数情况下获得更高导热性能的复合材料.     

导电粒子填充HDPE复合材料的非线性导电特性与标度行为

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体、炭黑(CB)或石墨(GP)为填料的共混物是重要的且应用广泛的高分子PTC材料. 基于GEM方程和由材料的体积膨胀导致填料体积分数的稀释效应, 建立了一个定量描述并解释基体体积膨胀对复合材料PTC突变贡献的唯象模型. 在电子束辐照HDPE/CB复合材料中, 交联聚合物基体体积膨胀对PTC效应的贡献减小. 在研究填料含量、环境温度和交联等对HDPE导电复合材料自发热行为和电热平衡态非线性导电行为影响的基础上, 根据自发热温度与电场、初始电阻, 以及电热平衡态电阻与自发热温度的关系, 揭示了高分子PTC材料的自控温机制. 根据自发热临界点参量与材料电导率之间的标度关系, 建立了电热平衡态的宏观电学性能与微观渗流网络之间的联系.     

MNi4.8Sn0.2(M=La, Nd)合金粒子负载的纳米碳管复合储氢材料

采用浸渍-还原法制备了LaNi_4.8Sn_0.2/CNTs和NdNi_4.8Sn_0.2/CNTs两种复合材料, 在室温、1.0 MPa氢压下, 分别可获得2.96%和2.88% (质量分数)的储氢量. 在相同条件下, 该储氢值为MNi_4.8Sn_0.2(M = La, Nd)合金粒子储氢量的3倍, 此结果可归因于合金粒子与纳米碳管(CNTs)之间的协同作用. XRD和TEM测试结果表明, 合金粒子粒径在30 nm左右且较均匀地分布在CNTs载体上. 储放氢实验显示, 两种复合材料有较好的储氢稳定性, 经历100个吸放氢周期后, 其储氢降低率小于6%; 同时, 材料的晶体结构没有发现明显的变化.     

斜发沸石——一种功能填料

普通纸张的电阻率为1×10~(12)-1×10~(14)Ω·cm,而作为导电纸基则要求电阻率在1×10~7～1×10~9Ω·cm范围。导电纸基是静电印刷所用感光板的基底。湿度对于导电纸的电阻率影响很大,相对湿度高,导电性能好;但随着湿度降低,导电纸的导电性能下降,最终甚至失去导电能力。对于静电印刷,为保证在低湿度条件下,能获得清晰的效果,要求感光板的纸基在低湿度条件下保持良好导电性能。Breck利用合成分子筛作纸的填料或涂料,在相对湿度5—90％范围内,纸的电阻率低于1×10~(12)Ω·cm。此结果表明,合成分子筛可以改善纸的导电性能。斜发沸石作为普通填料已成功应用生产新闻纸、书写纸等和作为功能填料用于塑料。斜发沸石是否可以作为一种功能填料用于导电纸基,这是本文所要研究的内容。     

纳米填料的分散以及界面作用对橡胶复合材料动态性能的影响

绿色轮胎与传统轮胎相比,具有滚动阻力小、生热低、耐磨等优异的特性,突显出了低碳环保、绿色节能的优势.因此,绿色轮胎的研究和开发具有十分重要的意义.为了使橡胶复合材料性能满足绿色轮胎的要求,纳米填料的填充对其性能具有关键性作用,因此,利用新型纳米填料提高橡胶的动态性能,如抗湿滑性、滚动阻力、耐磨性以及生热等成为了学术界及工业界研究的热点之一.然而,影响橡胶复合材料动态性能的因素较复杂,本文主要从填料的分散以及填料与基体间的界面相互作用展开,探讨不同改性方式对传统纳米填料(如炭黑、白炭黑等)和新型纳米填料(如石墨烯、黏土等)在橡胶基体中分散状态的影响,以及填料分散和填料-基体界面相互作用对橡胶复合材料动态性能的影响.     

PANI/CNTs复合材料的合成及其超级电容器性能研究

采用原位聚合法将聚苯胺(PANI)均匀包覆在碳纳米管(CNTs)表面, 得到PANI/CNTs复合材料. 通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)对材料的微观形貌及成分进行表征. 将得到的复合材料组装成电化学超级电容器电极, 进行电化学循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电测试. 结果表明复合材料的比容量可以达到305.3 F•g^–1, 远高于CNTs (31 F•g^–1)的比容量.     

单轴压力对聚甲基乙烯基硅氧烷/炭黑复合交联体系导电特性的影响

研究了由炭黑(CB)填充聚甲基乙烯基硅氧烷(PMVS)构成的复合交联体系在单轴压力作用下的轴向导电行为. 结果表明, 当CB质量分数φ稍高于渗流阈值φc时, 其电阻R首先随压力增加而升高, 呈现电阻正压力系数(PPCR)效应, 而在较高压力下呈现电阻负压力系数(NPCR). 当φ>> φc时, 体系在最初几次压缩循环中表现为NPCR效应, 但压缩循环可以诱发弱PPCR效应的发生. PPCR-NPCR转变是真应力(true stress)控制的过程, 反映了体系内部渗流网络的破坏与重组.     

一种可为锂二次电池提供过热保护的正温度敏感系数电极

通过将导电碳黑(carbon black,CB)Super P均匀地分散到聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)的聚合物基质中,发展出了一种具有正温度敏感系数(positive temperature coefficient,PTC)特征的CB-PMMA复合材料,并采用该复合材料为铝箔基体的表面涂层,制备出具有三明治结构的Al/PTC/LiCoO2阴极.通过循环伏安扫描、倍率充放电和交流阻抗等方法考察了PTC复合电极在常温和高温下的电化学性能.实验结果表明,PTC-LiCoO2电极在常温下具有高的充放电比容量、良好的倍率性能和循环稳定性,PTC涂层对LiCoO2电极的正常充放电没有产生明显的不利影响.但在80~120℃的高温下,PTC涂层因电阻急剧增大约2个数量级,限制了电极活性层与集流体之间的电流传输,导致电极容量的急剧下降,表现出良好的自激发热阻断效果,从而可以防止电池因热失控而引发的安全性问题.     

氧化石墨/聚吡咯复合材料的制备及其电化学性质

利用原位聚合制备了氧化石墨(graphite oxide, GO)/聚吡咯(polypyrrole, PPy)纳米复合材料(GPYs), 探讨了吡咯与GO的投料比对GPYs的结构以及电化学性能的影响. 利用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及X-射线衍射(XRD)技术对复合材料的结构进行表征; 利用循环伏安、恒电流充放电以及电化学阻抗技术测试复合材料的电化学性能. 实验结果表明, 当吡咯加入量较多时(GPYs20 (吡咯/GO = 80:20)与GPYs50 (吡咯/GO = 50:50))会导致复合材料中PPy 和GO 层的团聚, 这会降低PPy 在GPYs20与GPYs50 中的比电容贡献值. 当吡咯与GO的投料比低至20:80 时, 复合材料中具有纳米纤维状形貌的PPy 均匀分散于脱落的GO 层表面/层内, 所得到GPYs80 的导电性得以提高. PPy在GPYs80 的比电容贡献值(383 F/g)比纯PPy (201 F/g)高, 表明GO和PPy 之间存在协同效应.     

单体插层原位共聚制备聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料

将后过渡金属乙烯齐聚催化剂2-异丙基-双亚胺吡啶铁络合物{[(2-ArN == C(Me)(2C5H3N] FeCl2} (Ar = 2-C6H4 (i-Pr))负载于蒙脱土(MMT)层间, 在以甲基铝氧烷(MAO)为惟一助催化剂的条件下, 先将乙烯生成(-烯烃, 然后通过茂金属催化剂Me2Si(Ind)2ZrCl2原位共聚制备剥离型聚乙烯/蒙脱土(PE/MMT)纳米复合材料. 该催化体系聚合活性高, 复合材料稳定性好, 其拉伸强度及热稳定性均有所提高.     

石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及其电化学电容性能

以化学气相沉积(CVD)法生长的石墨烯作为基体,采用原位复合方法制备出三维石墨烯/碳纳米管纳米复合材料.使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对复合材料的微观形貌和结构进行表征,并运用循环伏安、交流阻抗等技术对纳米复合材料的超级电容性能进行研究.实验结果表明,石墨烯/碳纳米管纳米复合材料作为超级电容器电极材料,在1.5 mol/L Li_2SO_4体系中的最大比电容为289.8 F/g,经2000次循环后,其容量保持92%,表现出优异的比容量和循环稳定性.     

用于电化学执行器的非金属电极材料研究进展

电化学执行器能够有效地将电能或化学能转化为机械能,在人造肌肉、仿生机器人和小型化医疗设备等领域中具有极大的应用前景.电化学执行器的组成包括电极层和电解质层,其中电极层主要决定执行器驱动性能和电化学性能.传统电化学执行器的电极材料主要由导电性好、驱动应力大的金属材料构成.然而,金属电极存在柔性低、循环稳定性差等问题,使得越来越多的研究人员开始关注非金属电极材料.本文重点介绍了用于电化学执行器的非金属电极材料的最新研究进展,首先介绍了电化学执行器的器件结构及驱动原理,其次根据电化学执行器电极材料的不同,分别从导电聚合物、碳材料、新型二维材料及其复合材料等方面进行了综述,讨论了各种非金属电极材料应用于执行器中的优缺点,最后对未来电化学执行器及其电极材料的发展趋势进行了展望.     

高负载硫正极功能性黏结剂研究进展

锂硫电池是高能量密度二次电池的重要体系.但硫材料固有的绝缘属性以及硫正极在电化学循环中特殊的"固-液-固"反应历程,易导致材料利用率低、极化严重、溶解性多硫化锂"穿梭"以及剧烈体积变化等负面影响,造成高负载硫正极性能发挥和稳定循环的极大困难.近年来,作为非活性组分的黏结剂在锂硫电池中被赋予了丰富的功能,如有效捕捉溶解性多硫化锂以及维持电极/导电结构长期循环稳定性等,极大地推动了高负载硫正极的发展.本文从高负载硫正极用黏结剂的关键作用、研究现状、作用机制原位解析、现存挑战以及未来发展方向等方面,重点归纳和阐述近年来高负载硫正极用功能性黏结剂的重要研究进展.     

二种非晶合金在流体静高压下的电阻率

非晶态铁磁性合金不仅磁性优良,而且电阻率比同组分晶态合金高1—2个数量级.它取代硅钢片等制成变压器铁芯使铁损减少3/4,并提高工作频率,已在美、日、德、法等国广泛应用.然而非晶态合金的导电性理论至今仍很不完善,有较大局限性.(1)推广的 Ziman 理论可解释在任意温度简单金属(d 壳层全空或全满的金属)玻璃的电阻特性,却不能解释非简单金属(含过渡金属和稀土元素)玻璃的电导输运特性.因为后     

单轴压力对聚甲基乙烯基硅氧烷/炭黑复合交联体系

研究了由炭黑(CB)填充聚甲基乙烯基硅氧烷(PMVS)构成的复合交联体系在单轴压力作用下的轴向导电行为. 结果表明, 当CB质量分数j 稍高于渗流阈值j c时, 其电阻R首先随压力增加而升高, 呈现电阻正压力系数(PPCR)效应, 而在较高压力下呈现电阻负压力系数(NPCR). 当j >> j c时, 体系在最初几次压缩循环中表现为NPCR效应, 但压缩循环可以诱发弱PPCR效应的发生. PPCR-NPCR转变是真应力(true stress)控制的过程, 反映了体系内部渗流网络的破坏与重组.     

单体插层原位共聚制备聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料

将后过渡金属乙烯齐聚催化剂2－异丙基－双亚胺吡啶铁络合物[[2-ArN=C(Me))2C5H3N]FeCl2}(Ar=2-C6H4(i-Pr)负载于蒙脱土（MMT）层间，在以甲基铝氧烷（MAO）为惟一助催化剂的条件下，先将乙烯生成α－烯烃，然后通过茂金属催化剂Me2Si(Ind)2ZrCl2原位共聚制备型剥离型聚乙烯／蒙脱土（ME／MMT）纳米复合材料，该催化体系聚合活性高，复合材料稳定性好，其拉伸强度及热稳定性均有所提高。     

高导电镀银织物的制备及其在电致变色中的应用

导电织物因在智能服装、电极材料和柔性传感器等领域具有广泛的应用而备受关注.本研究采用多酚修饰法,利用单宁酸改性和化学镀银相结合的方法,制备了高导电的涤纶镀银织物(方阻为9.28 mΩ/□).与传统的织物镀银工艺相比,该方法省去了敏化活化等步骤,具有工艺简单、节省成本和导电性能优异等特点.以高导电镀银织物作为电致变色器件的阴极,喷涂聚苯胺的ITO-PET薄膜为阳极组成电致变色织物器件,该聚苯胺电致变色织物器件具有丰富的色彩变化(黄绿色-深绿色-蓝黑色)、优异的循环稳定性(伏安循环3000次)、较低的变色电压(–0.8 V/1.8 V)和较快的变色速度(4.3 s/6.4 s)以及柔性轻质的特点,可广泛应用于军事伪装服、野外考察服、布型显示器以及民用时尚变色服装等领域.     

碳纳米管填充聚合物基导热复合材料的研究进展

电子器件的集成度不断提高,对相关的热管理系统提出了更高的要求.高导热材料在热管理领域起着重要的作用.高分子聚合物因其轻质、廉价、良好的绝缘性和加工性,已成为制备导热材料的热门选择.在聚合物中填充高导热的无机填料是提高导热性能的有效手段.碳纳米管是一种具有一维管状结构和优异热学性能的碳纳米材料,在填充型导热复合材料中具有广阔的应用前景.本文综述了以碳纳米管为导热填料提升聚合物基复合材料导热性能的可行措施,分析了碳纳米管的本征结构以及在聚合物基体中的分布状态对复合材料导热性能的影响.最后,总结了碳纳米管填充聚合物基复合材料研究中仍需解决的关键问题,并提出了未来研究方向.     

聚苯胺导电复合物的二次掺杂现象

在导电聚合物中,掺杂概念的进一步发展是基于以下的事实:樟脑磺酸(CSA)掺杂的聚苯胺(PAn)用间甲酚做溶剂比用氯仿所得膜的电导率高10~3倍,并观察到聚苯胺的首次金属行为,在178K至室温电导率随温度的升高而下降,σ_(178K)/σ_(RT)=1.1.Heeger和MacDiarmid两研究小组最近的研究表明:间甲酚可使PAn-CSA卷曲的分子链展开,并使单极化子从定域转变为离城.PAn-CSA氯仿溶液所得膜用间甲酚气氛或涂间甲酚的方法同样可改善其导电性.MacDiarmid命名此现象为2次掺杂,以区别于原掺杂的概念,其主要特征是2次掺杂过程对导电高分子主链的排列和构象产生影响,而不是以掺杂剂的存在作为提高导电性的必要条件.但至今未见对导电复合物的2次掺杂现象的进一步研究.本文成功地用现场乳液聚合方法制得导电态聚苯胺与氯磺化聚乙烯(CSPE)复合物的基础上,研究2次掺杂对其导电     

电动汽车热泵全生命周期气候性能评估模型与环保制冷剂减排分析

为满足我国“双碳”(碳达峰、碳中和)目标和《<蒙特利尔议定书>基加利修正案》的要求,采用低全球变暖潜能值(global warming potential, GWP)的热泵系统有助于从直接和间接两个方面全面减少新能源汽车碳排放.然而,目前对于采用何种低GWP工质尚无定论,几乎所有研究仅仅采用GWP值来衡量制冷剂的环保性能,对低GWP工质热泵系统全生命周期气候性能(life cycle climate performance, LCCP)的认识明显不足,同时也缺少适用于新能源汽车热泵的LCCP评估模型.为此,本文基于7个城市的气候数据、当地供电特性、真实世界驾驶循环、乘员舱冷热负荷与舒适性、热泵系统台架测试等,新开发了适用于电动汽车热泵的完整LCCP模型.基于该模型,对传统高GWP工质R134a和R410A、低GWP工质CO₂,以及先前开发的新型高效环保工质CO₂/R41(GWP为49)、M2(非共沸混合物, GWP为137)在电动汽车热泵中的全生命周期环境影响作了评估.结果表明,建立的LCCP模型对热泵系统性能系数(coeffic...