基于碳纳米管的碳纳米导电纸制备与其性能分析

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1、基于碳纳米管的碳纳米导电纸制备及其性能研究摘要导电纸是一种具有导电特性的功能纸，广泛应用于防静电材料、传感器、电极、电容器、电化学材料等领域。本文以碳纳米管为导电填料，采用真空抽滤工艺制备一种新型导电纸。研究中分析了表面活性剂、超声的频率、温度等对碳纳米管在不同溶剂体系分散制备的碳纳米导电纸的表观形貌和微观特性，确定了碳纳米管适合的分散工艺：室温条件下，分散剂TritonX-100浓度为0.2%，超声波20KHz、400W、分散30min，碳纳米管悬浮液的分散效果最好。分别以CMC和PVA做粘结剂，以碳纳米管

2、为导电填料，采用真空抽滤法制备了碳纳米导电纸，研究了加入粘结剂的种类、质量、加入方式等对制备的碳纳米导电纸电阻率的影响。建立了材料体系、工艺条件与碳纳米导电纸导电性能关系，优化出碳纳米管和纤维素质量均为100mg时，选择超声震荡辅助分散碳纳米管和纤维素溶液，并采用真空抽滤法制备出了碳纳米导电纸电阻率最低，电阻率可达0.28Ω.cm。研究发现，碳纳米管悬浮液中加入纤维素后，纤维素在更大的范围内链接碳纳米管，使得碳纳米管之间的堆叠和连接更加紧密，材料的导电性能有所提高；纤维素与碳纳米管质量比为1:1左右时，制得的

3、碳纳米导电纸的电阻率最小；碳纳米管含量越多，碳纳米管之间的相互搭接越好，孔隙越少，形成的导电网络越致密，制备的碳纳米导电纸导电性能越高。由于羧基化纳米管的分散性好，以羧基化纳米管为原料制备的碳纳米导电纸的表面更加平整，厚度均匀，缺陷少，导电性能提高。采用浇铸工艺以两种碳纳米导电纸为增强相，环氧树脂为基体制备了复合材料。对制备的复合材料进行电阻率、DMA以及TGA测试。研究发现，随着加入碳纳米导电纸厚度的增加，复合材料导电性能提高，电阻率最低为4.75Ω·cm；复合材料的耐高温性能增强，储存模量增大，最大可达1

4、933.69MPa；复合材料的玻璃转变温度增长15℃。碳纳米导电纸/环氧树脂复合材料在常温到300℃以下会以较稳定的形式存在，可用作普通耐高温材料。本研究建立了一种薄型、低电阻率基于碳纳米管制备导电纸的新方法，丰富了导电纸的制备方法，所研究的碳纳米导电纸具有广泛的应用领域。关键词：导电纸；碳纳米管；碳纳米导电纸；羧基化碳纳米导电纸I基于碳纳米管的碳纳米导电纸制备及其性能研究AbstractTheelectroconductivepaperisakindoffunctionalpaperwhichcouldbe

5、widelyusedinelectronicscienceandtechnologyasantistaticpackagingmaterial,transducer,electrodeandcapacitor.Inthispaper,theelectroconductivepaperwaspreparedbyvacuumfiltrationusingcarbonnanotubes(CNTs)asconductivefiller.ThebesttechnicsindispersingtheCNTsaredisc

6、overedbyanalyzingthemorphologyofconductivepaperaffectedbytheparametersofsurface-activeagents,ultrasonicfrequencyandpreparationtemperature.ExperimentresultsilluminatethatCNTsweredispersedbestunderconditionswithultrasonic20KHzfor30minutescontaining0.2%dispers

7、antatroomtemperature.CarboxylMethylCellulose(CMC)andpolyvinylalcohol(PVA)werechosenasbinder.Thetype,massfractionandaddingmodeofbinderaffecttheelectricalresistivityofelectroconductivepaper.Aconnectionwasbuildupbetweenmaterialsystem,technologicalconditionsand

8、conductiveproperties.Afterastudyoftheamountofeachcomponent,thelowestresistivityof0.28Ω.cmwasmeasuredbyusingthemethodofvacuumfiltrationassistedultrasonicvibrationwhenthemassofCNTsandcellulosewereboth100