在实际应用中,通过向聚合物中添加无机纳米填料,可以赋予聚合物一些特殊的性能。但是,无机纳米填料同聚合物基体的相容性较差,往往会发生“团聚”现象,进而明显地降低材料的性能,因此通过向在聚合物/无机纳米填料体系中加入增容剂,来提高无机纳米填料在聚合物基体中的分散,提高相容性。有研究报道表明[6],经IL修饰后的CNTs能够较为均匀地分散在PVDF基体中。
此外,离子液体由于其阴、阳离子自由运动,所以拥有较高的离子导电率,加之其本身优异的物理特性,被作为抗静电添加剂广泛应用于抗静电材料中。
1。3碳纳米管在聚合物中的应用
1991年,日本科学家首次Sumio Iijima[7]报道了碳纳米管(CNTs),此后,CNTs的力学性能和导电性广受学者关注,其在学术上的研究和工业中的应用颇受欢迎。碳纳米管作为一维纳米材料,质轻,六边形结构连接完美,具有优异的力学、电学和化学性能。CNTs中碳原子以sp2杂化为主,使其具有高模量和高强度。碳纳米管外表面的大π键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础,同时大范围的离域π键,由于共轭效应显著,碳纳米管具有一些特殊的电学性质。与传统的纳米填料(如蒙脱土、炭黑、碳纳米纤维等)相比,CNTs具有一些特殊的优异性能:(1)高柔顺性、高力学性能、高长径比以及低质量密度;(2)集电、力和热性能与一体;(3)高导电率和导热率,高化学稳定性和热稳定性。将PVDF和其他聚合物进行共混,来提高PVDF的韧性、强度、耐热性等,进而满足实际情况中的特殊需求。
CNTs的加入能够极大地提高聚合物的介电性能,但是,CNTs极其容易在聚合物基体中发生“团聚”现象,产生漏电行为,引起介电损耗,对材料的介电性能非常不利。为了提高CNTs的分散性,可以寻求较好的方法来制备CNTs分散均一的聚合物/CNTs复合材料,这些方法包括超声、高剪切分散、聚合物协助熔融共混,以及添加增溶剂。此外,还有很多方法提高CNTs的分散性,例如利用聚合物的高黏度溶液,因为溶液的黏度很高,CNTs很难在高粘度溶液中移动。文献综述
1。4本课题的提出以及主要研究内容
随着柔性电子器件和大规模储能科技的发展,具有高介电常数(k)的柔性聚合物基复合材料在工业上和学术上获得了广泛的关注。目前制备高k值柔性聚合物基复合材料最普遍的策略是将聚合物和高k值的无机纳米填料进行复合,极性晶体是制备介电材料的重要前驱体,因而本文探究性地将聚偏氟乙烯(PVDF)和高k值的碳纳米管(CNTs)进行复合,有望制备出具有优异力学性能的介电材料。然而,在PVDF/CNTs体系中,由于PVDF和CNTs二者间较差的热力学相容性,加之CNTs间极强的范德华力和π-π堆积作用,CNTs极易在PVDF的基体中发生团聚现象,这不仅产生极高的介电损耗,而且损害了材料的力学性能。因此,如何实现CNTs在PVDF基体中的均一分散是制备高介电性能的PVDF/CNTs复合材料的关键。
在本文研究中,一方面经IL修饰的CNTs与PVDF进行简单的溶液共混,IL提高CNTs的分散性,但是体系中IL仍然处于游离状态,容易产生漏电行为,介电损耗较高,使纳米复合材料的介电性能较差;另一方面,通过对PVDF和含双键离子液体的简单共混、辐射接枝和微相分离,我们成功获得PVDF-g-IL链段在PVDF基体中的微相分离,得到具有有机纳米微区的PVDF纳米复合材料。因此,本文提出能否将上述两方面内容进行结合:首先通过简单的机械研磨,使IL包覆在CNTs表面;然后通过溶液共混,使其分散到PVDF基体中,制备具有CNTs分散较好和有机纳米微区共存的双纳米构造PVDF纳米复合材料,并对其性能进行了研究。