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南工大材料學院：低滲流閾值PVDF/MWCNT復合材料的導電、流變及機械性能研究

2024-04-24 來源：高分子科技

近年來，隨著電子設備朝著微型化、柔性化和可穿戴化的方向發展，傳統導電材料存在質量大、難加工、價格貴、易于氧化等缺點，難以滿足人們對導電材料的需求。而導電聚合物基復合材料（CPC）具有出色的加工性能、機械性能、電氣性能和電阻可調性，因此備受關注。

近日，以南京工業大學材料科學與工程學院碩士研究生湯駿航為第一作者、毛澤鵬副教授為通訊作者在國際期刊Polymer Composites發表題為“Low percolation threshold polyvinylidene fluoride/multi-walled carbon nanotube composites: A perspective of electrical conductivity, crystalline, rheological and mechanical properties”的研究工作。該工作選用大長徑比的一維導電填料多壁碳納米管（MWCNT）修飾絕緣聚合物聚偏氟乙烯（PVDF），通過簡單熔融共混的工藝制備了PVDF/MWCNT復合材料，探究了MWCNT在PVDF中的滲流閾值，以及其對PVDF的流變和機械性能的影響。

圖1 PVDF/MWCNT中導電通道的形成過程及體積電阻率

PVDF/MWCNT復合材料的體積電阻率與MWCNT的體積分數之間存在顯著的滲流效應。當MWCNT的含量小于0.7 vol%時，PVDF/MWCNT復合材料的體積電阻率接近純PVDF（3.97 × 10¹² W?m），仍處于絕緣狀態。此時，雖然MWCNT在PVDF中出現了部分相互接觸的區域，但是很難形成完整的導電通路。MWCNT的含量繼續增加，其在PVDF中相互接觸的概率也隨之增加。1 vol% 的MWCNT可以在PVDF中形成更為完整的導電網絡，實現電荷的傳輸。此時，復合材料的體積電阻率降低了11個數量級，含有1 vol% MWCNT的復合材料體積電阻率僅為3.71 × 10¹ W?m。顯然，MWCNT的滲流閾值在0.7至1 vol%之間。通過滲流理論公式，擬合得到理論滲流閾值為0.81 vol%，這與實際值非常吻合。MWCNT在PVDF中的滲流閾值較低，是因為MWCNT具有較大的長徑比，易在基體中構筑長程導電通路。

在本研究中，使用一維導電填料MWCNT在絕緣聚合物PVDF中構筑導電通道，探究了MWCNT在PVDF中的滲流閾值。利用MWCNT的大長徑比，在極低的含量下形成較為完整的導電網絡。值得一提的是，PVDF/MWCNT的流變性能受到的影響較小，大長徑比的MWCNT使PVDF/MWCNT的機械性能得到增強。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/pc.28324

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（責任編輯：xu）

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