杂化填料填充弹性体复合材料导电性能的分子动力学模拟研究
导电弹性体复合材料应用广泛，但是由于其导电性能依赖与导电网络的构成，所以导电网络的稳定性对于导电弹性体复合材料对导电性能至关重要，而导电网络的结构极易受到影响，这就限制了导电聚合物复合材料的应用，所以我们通过添加两种填料形成更加稳定的导电网络的方法来解决这一问题。在此研究中，我们通过分子动力学模拟中的粗粒度模型来研究纳米球和纳米杆两种杂化填料在聚合物中的导电性能及机理，主要对以下两个方面展开了研究: (1)导电纳米球和导电纳米杆对弹性体纳米复合材料导电网络的影响。 体系的逾渗阈值随着纳米杆占填料体积分数的比例的增加而减小，这主要是因为纳米杆更有利于导电网络的形成。接着研究了体系协同作用的影响因素，我们发现体系的协同、拮抗作用与两种填料之间的导电性能，即隧道效应有关，隧道效应由弱变强，体系会由拮抗作用变为协同作用。通过施加剪切场，导电网络中直接聚集结构增多，纯杆体系由于取向，导电网络被破坏，逾渗阈值上升;其他体系逾渗阈值未出现上升的现象，随着纳米球填料的比例的增加，逾渗阈值下降幅度增大。通过研究某一体系下剪切速率对导电网络中纳米球的有效体积分数的影响时发现，主要原因是纳米球保护了垂直于剪切方向的导电网络。 (2)非导电纳米球和导电纳米杆对弹性体纳米复合材料导电网络的影响。 首先，我们研究了非导电球形填料尺寸对导电概率的影响，在同一直径的球形填料中，随着球形填料体积分数的增加，导电概率增大;随着纳米球直径的增大，复合材料导电概率下降，研究纳米杆有效体积发现:纳米球的加入先是排除体积占主导，而后优化导电网络的结构占主导。接着研究了球杆之间的相互作用，当球杆之间相互作用为2.0，3.0时，纳米杆和纳米球分散均匀，不利于纳米杆之间的搭接，导电网络难以形成。剪切作用下，当球形填料的体积分数较小时，球形填料的排除体积可以保护垂直于剪切方向上纳米杆的搭接;当球形填料的体积分数增加到一定值时，导电网络被破坏。
弹性体;纳米复合材料;导电网络;杂化填料;分子动力学模拟
北京化工大学
硕士
材料工程
高洋洋;张欢
2021
中文
TB383;TQ334
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）