碳黑聚乳酸类导电复合材料的气敏性能研究

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时间:2019-03-03

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonGasSensingofCarbonBlack/Poly(1acticacid)SeriesConductiveCompositesByKeLiSupervisor:Prof.ChangyuShenAssociateProf.KunDaiMaterialsEngineering一SchoolofMaterialsScienceandEngineeringApril2014学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是由本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成

2、果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,本文不包含任何其他集体或个人已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的集体和个人,均已在文中做了明确的说明并表示谢意。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者:右辐日期:》昨;月够日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品,知识产权属于郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关的数据库进行检索,可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位

3、论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时,第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应仍遵守此规定。学位论文作者:李弱日期:M{f年歹月砂日摘要本文主要通过溶液法制备了碳黑(CB)填充聚乳酸(PLA)基导电高分子复合材料(CPC),利用扫描电镜(SEM)观察了CB/PLA复合材料中CB粒子的分布状况,结果发现CB粒子均匀地分散到PLA基体中。CB含量为1.25v01%,CB/PLA试样发生导电“逾渗’’,CB网络构建并在PLA基体中形成通路,CB/PLA导电复合材料的电阻率降低了10个数量级。通过熔融混合制备CB填充PLA与聚苯乙烯(PS)CPC。SEM图片观察CB停LA/PS复合材料

4、,发现CB粒子选择性的分散到PS相中。试样中PLA/PS的质量为50/50,PLA与PS相形成连续相。当CB含量为5wtO/o时,CB粒子在PS中形成逾渗,富集CB的PS相在共混物中形成连续相,CB/PLA/PS复合材料的电阻率降低了6~7个数量级,即,其试样发生了导电“逾渗”现象。CB/PLA复合材料对乙酸乙酯、四氯化碳、甲醇、乙醇、二甲苯和正己烷气体的电阻响应行为。当试样接触有机气体,其电阻发生明显的变大。当试样放置空气干燥,其电阻逐渐恢复并接近初始的电阻值。暴露到有机气体中60秒,CB/PLA复合材料显示出不同的响应度,其中对二甲苯、乙酸乙酯、四氯化碳气体的响应度在102~104,对乙

5、醇、甲醇、正己烷的响应,其试样电阻只增加了几倍。这表明CB/PLA复合材料对不同气体具有一种较高的辨别能力。我们研究了Flow.Huggins相互作用参数与气敏性能的关系。测试了CB/PLA复合材料暴露干燥循环的气敏性能。表明试样在循环中的电阻变化和试样中CB网络结构演变有关,CB/PLA试样有良好的气敏可逆性和再现性。CB/PLA/PS试样对二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯和环己烷气体的响应行为是不同的。利用高分子和溶剂的溶解度参数来研究CB/PLA/PS的气敏行为,即,两者的溶解度参数相近,则试样在这种有机气体中的响应度就大。因为测试温度影响溶剂溶解度参数和高分子链的活动能力。测试温度升高,溶剂

6、挥发速率加快,有机气体浓度升高,试样对气体分子吸附量增大,特别是良溶剂(二氯甲烷)反映的很明显。随着测试温度升高,试样对二氯甲烷的最大响应度将变大。响应速率加快,响应时间较短。测试温度对试样气敏性有较大的影响。多次循环后,溶剂使PLA、PS相界面变的不明显,体系中CB网络变的较稳定。CB/PLA/PS复合材料的响应行为具有可重复性和稳定性。因此,CB/PLA复合摘要材料和CB/PLA/PS复合材料都可以成为CPC类气敏传感材料的候选者。关键词:碳黑聚乳酸聚苯乙烯导电高分子复合材料逾渗溶解度参数气敏性能IIABSTRACTCarbonblack(CB)/poly(1acticacid)(PLA

7、)conductivebiopolymercompositewerefabricatedbycasting.Scanningelectronmicroscopy(SEM)picturesshowthemorphologyofCB/PLA,itisfoundauniformdistributionofCBparticlesinPLAisachieved.Alowpercolationvalue(1.39v01%

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