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聚合物基导电复合材料(Conductive Polymer Composites,CPCs)是将导电填料添加进入聚合物中制备的一类功能材料。CPCs不仅具备高分子材料良好的加工性和导电填料的高电导率,还可根据使用目标调节其性能。导电机理是CPCs的制备和应用的理论依据。但是目前对CPCs的导电机理的解释有多种,尚未达成共识,而文献中研究CPCs电性能与温度的变化时多选用热塑性基体体系如聚乙烯等,由于热塑性基体的聚集态结构和分子链受环境(如温度)的影响较大,在升温过程中会产生热膨胀,在考察电子跃迁的同时还需考虑基体分子链运动带来的影响,体系变量复杂,不利于阐明导电机理。本文以热固性树脂聚酰亚胺(PI)为基体,气相生长的碳纤维(VGCF)为导电填料,采用原位聚合的方法制备了 PI/VGCF复合材料,采用非对称抛物线形势垒的热涨落隧道效应对PI/VGCF复合材料在直流电压和交流电压下的电学性能进行了深入的探讨,也是首次将热涨落隧道效应应用于交流电压的电性能的理论计算。同时考察了外加电场下复合材料的动态力学性能和聚集态的变化。最后瞄准CPCs的一个应用吸波材料,采用化学共沉淀法在CNTs表面原位生成了 CNTs/ZnxFe(3-x)O4磁性纳米复合粒子,研究了 Zn2+离子的掺杂对复合粒子的饱和磁化强度影响的机理,同时也研究了 CNTs/ZnxFe(3-x)O4磁性纳米复合粒子的吸波性能。具体研究内容和结果如下:采用热涨落隧道效应对VGCF含量为3.11 vol%(接近逾渗值)和6.28 vol%(导电网络非常的完善)两个PI/VGCF复合材料在直流电压(DC)下的电导率随温度的变化做了深入的研究,探究了电子迁移原理。通过选取合适的λ(势垒的形状),D(势垒宽度),A(隧道效应发生的面积)三个参数,对PI/VGCF复合材料的电导率随温度变化的实验结果进行拟合。拟合结果表明隧道效应的势垒应该采用非对称抛物线势垒计算,且拟合得到的D、A的数值在合理的范围内。当采用对称的势垒时,计算出来的参数不合理:A值远远小于实际的VGCF的尺寸。同时,使用实验室改装的设备对外加电场下(自发热下),PI/VGCF复合材料的自发热-广角X射线衍射(WXRD)和自发热-动态力学性能(DMA)进行了同步测试,讨论了外加电场下(自发热下)PI/VGCF复合材料聚集态结构和储存模量的变化,并且跟外加热条件的下PI/VGCF复合材料的WXRD和DMA结果作对比。DMA测试结果表明自发热下的储能模量E’值的变化与外加热下储能模量E’值的变化相同;WXRD测试结果也表明自发热下复合材料的衍射峰的位置跟外加热下没有任何的变化。证实了外加电场下,PI基体的分子链具有良好的稳定性,并不会受到由相邻的VGCF间因隧道效应产生的电子的碰撞发生破坏。通常势垒宽度D是通过测试DC电压下的电性能的方式计算得出的,而DC电压下的电性能提供的信息非常有限,由于导电填料在复合材料中形成的导电通路是无序的,复合材料在交流(AC)电压下的电性能可提供多种的信息,包括导电通路的形成过程、填料与高分子基体间的界面极化和松弛等。因此我们在研究了 AC电压下PI/VGCF复合材料的电性能随温度的变化。采用由电阻电容串并联组成的模拟电路,定量的分析了介电性能的各项参数,并将常相位原件(CPE)引入了模拟电路。用热涨落隧道效应分别计算了 PI/VGCF复合材料的AC电压下平台交流电导率KDC和相应的DC电压下的电导率随温度的变化,得出了相应的λ、A、D。发现3.11 vol%复合材料的势垒宽度D不论是在AC电还是DC电测试下,其值都为1.2 nm,6.28 vol%复合材料的势垒宽度D为1.0 nm;而隧道效应发生的面积A都随着温度的升高而增大,因此直流电导率和交流电下的平台直流电导率会随着温度的升高而增大;不论是在AC电还是DC电测试下6.28 vol%复合材料的λ均大于3.11 vol%复合材料的值,且由于AC电压下测试时的电场强度高于DC电测试时的电场强度,因此对于相同的VGCF含量的复合材料,AC电压下的λ大于DC电测试时的值,且λ会随着外加电压的增大而稍有增加。实验结果证明热涨落隧道效应可以用来分析AC电压下的复合材料的导电行为,且其参数与直流(DC)电压下的参数是一致的。由于单一损耗机制的吸波性能不佳,将具有磁损耗的铁氧体和具有电损耗的CNTs结合在一起,制备具有多种损耗机制的吸波材料,以达到提高吸波性能的目的。采用化学共沉淀法在CNTs表面原位生成了 CNTs/ZnxFe(3-x)04磁性纳米复合粒子,详细研究了CNTs/ZnxFe(3-x)04磁性纳米复合粒子的形貌、粒径、磁性变化机理和吸波性能。并将CNTs/ZnxFe(3-x)O4磁性纳米复合粒子与耐高温基体聚酰亚胺复合,探讨了复合材料的电磁屏蔽效能。结果表明采用ZnxFe(3-x)O4均匀的包覆在CNTs表面,粒径在10 nm左右,与此同时CNTs的分散性也得到提高。无磁性离子Zn2+掺杂后使单个锌铁氧体的反尖石的晶胞的净磁矩发生变化,CNTs负载体的存在给锌铁氧体的反尖石的晶型的生长引入缺陷,使净磁矩降低,这两个因素的共同作用导致Zn2+离子的掺杂量为0.2时,CNTs/ZnxFe(3-x)O4粒子的饱和磁化强度最高,达到73.43emu/g,与未掺杂的CNTs/Fe304相比提高了 32%。CNTs/ZnxFe(3-x)O4的反射率随着Zn2+掺杂量的增加先增大后减小,在Zn2+掺杂量x=0.2时反射率达到最小值,吸波性能最好。制备了 PI/CNTs/ZnxFe(3-x)O4复合材料,观察其形貌和电磁屏蔽效能,发现CNTs/ZnxFe(3-x)O4粒子在PI基体内均匀分散,且CNTs表面的ZnxFe(3-x)O4磁性能纳米粒子在PI的合成过程中没有剥落。