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碳纳米管概述碳纳米管（CNTs）是指由1层或多层石墨片按一定螺旋角度卷曲成的、直径尺寸为纳米级别的无缝管状物质；其中仅由1层石墨片卷曲而成的碳纳米管被称为单壁碳纳米管（SWCNTs）；而由多层的不同直径的单壁碳纳米管沿轴线组合而成的称为多壁碳纳米管（MWCNTs）[1]。自碳纳米管被日本电镜学家Iijima[2]发现至现在，碳纳米管因为其优良的机械和电性能和独特的结构引起了人们极大的关注，并在制备纳米电子器件、电磁屏蔽材料、催化剂载体、储能材料及防静电材料等不同领域表现出良好的应用前景。32381
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硅橡胶是一种室温下具有高弹性，但它的诸多性能（比如拉伸强度、耐磨性、硬度、抗疲劳性等）在不采用增强手段时又无法达到使用需求的聚合物材料[3]，通常需要添加一定的填料( 如炭黑、二氧化硅等) 来提高其相关性能。由于碳纳米管为纳米量级尺寸、长径比大，并且具有拉伸强度大、密度小、模量高、导热导电性好等优点[4]，故其可以作为硅橡胶增强改性的一项重要的填料。本次实验设计中采用的是多壁碳纳米管（MWCNTs）。论文网
碳纳米管改性苯基硅橡胶通常由碳纳米管、硅橡胶两个组分组成，按一定的比例配制。采用溶液共混法将碳纳米管溶液和硅橡胶混合并用超声分散的方法可以制得表面平整光洁、分散较好并且具有良好弹性的导电硅橡胶。并对复合材料的力学、电学、热学等性能进行了研究。
碳纳米管改性硅橡胶的原理
自从日本科学家Iijima发现了碳纳米管以来，CNTs作为一种典型的一文纳米级材料，极高的弹性模量和弯曲强度、极大的长径比，耐强酸，耐高温，强碱，独特的电导率以及优良的热导率使得其拥有可以成为良好的复合材料增强体的可能，并因此受到了广泛的关注。但是研究报道中却极少有使用碳纳米管作为硅橡胶的增强材料的内容[5]。由于考虑到硅橡胶具有的较好的耐寒性和耐热性，并且在密封制品和电绝缘方面具有广泛的应用。本实验中我们在制备CNTs/硅橡胶复合材料中采用了以碳纳米管作为填充物并对其电化学以及机械性能等方面进行了研究。
碳纳米管作为CNTs/硅橡胶复合材料中的填料的含量对体积电阻率的影响如图1.1所示为CNTs的含量与CNTs/硅橡胶复合材料体积电阻率之间的曲线关系（室温）。从图1.1曲线中可以看出，随着碳纳米管的加入，复合材料的体积电阻率在0%~2%阶段下降较缓慢。当碳纳米管含量达到一定的值时，复合材料的电阻率迅速降低。但是继续增大碳纳米管在复合材料中的含量，复合材料的电阻率又变化缓慢。这是因为碳纳米管之间的间距大，当碳纳米管含量较低时很难形成完整的导电通道。但是由于CNTs的尺寸是纳米级的且其的长径比极高，所以导致显著的隧道导电效应。因此，复合材料的电阻率随碳纳米管的加入下降缓慢。当碳纳米管的逐渐加入当含量增至渗滤阈值(Percolation threshold)时，碳纳米管之间会相互链接缠绕，在硅橡胶中形成完整的导电通道，随着导电通道的建立，导致体积电阻率急剧下降[6]。由于渗滤阈值的存在，会在体积电阻率-碳纳米管含量的变化曲线上出现一个突变区，在此区域内，碳纳米管含量的少量变化将导致体积电阻率的显著改变。随后，大量的碳纳米管相互链接缠绕形成导电通路，电阻率随碳纳米管含量的变化再次趋于平缓。
图1.1 MWCNTs含量与体积电阻率之间的关系
CNTs/硅橡胶复合材料的热学性能：硅橡胶在没有添加碳纳米管时在372.4℃开始分解，而硅橡胶在添加5%的碳纳米管时在404.6℃分解，其分解温度比不添加碳纳米管时提高了32℃。CNTs/硅橡胶复合材料耐热性提高的主要原因可以分为以下几方面。首先，填料的加入降低了残存催化剂（有机锡）的浓度[7]；其次，复合材料中硅氧烷主链降解时的断裂的活性末端触碰到碳纳米管以及其碳纳米管末端的氧化物催化剂颗粒时会失去活性。从而导致不再引发主链剩余部分的降解[8]，最后，由于碳纳米管较大的比表面积，导致大量的官能团存在于其表面和断口上，而硅橡胶的大分子链上活性基团可能直接与这些官能团相连，这种相连使很多的硅橡胶大分子链连接在一起而使复合物的交联点增加，较高的交联密度会抑制硅氧烷主链的降解，所以提高了CNTs/硅橡胶耐热性能。