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關鍵詞：導電高分子復合材料；導電性；應用

中圖分類號：TQ 316 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

導電高分子材料就是在高分子材料的基礎上，根據使用的要求，加入了相應的導電體，經過多重技術的處理之后，使其具有了較高的導電能力。而由于這種材料在制造的過程中，使用對材料的要求不高，使用的技術加工手段簡單，使用的生產成本較低，導電性能較好等原因，受到了社會各界的廣泛重視。因此，為了使導電高分子復合材料在當前階段中更好的應用，在當前的科學研究中，加強對其進行研究成為了必然趨勢。

1導電高分子復合材料的導電理論

1.1 統計滲濾模型

在高分子復合材料的導電理論中，首先就是統計滲濾模型，這一模型通常是幾何模型為基礎上建立的，就是將復合材料中基本物質使用一定技術將其抽象化，使其存在一定形狀的分散體系，然后根據一定的機理要求，將其進行重新的排列，使其重新組合成一個整體，使高分子材料中的基本物質成為了連續相，而加入的導電體材料根據其功能的不同，有些成為了連續相，有些成為了分散相，這些有效的分散相以及連續相，就在導電高分子復合材料中構造出了導電通道。在這一模型的基礎上，對導電高分子復合材料的電阻率與導電體進行深層次的分析，在兩者之間建立相應的聯系。最具有代表性的就是在建立統計滲濾模型時，根據不同的需求，將基本物質抽象為形狀、大小不同的球型、規則的多面體等，同時將導電體抽象成連續性的珠串等[1]。這種模型有效的將高分子材料的導電理論進行了闡述，但是其也具有一定的缺點，就是其只能使用在較為簡單的復合材料中，復合材料中只能有一種基本物質以及導電體材料，對于具有多種基本物質或者導電體材料的復合材料時，雖然也能建立相應的模型，但得到的理論與實際之間會存在較大的差異。

1.2 熱力學模型

隨著統計滲濾模型的使用，人們逐漸的發現其有一些缺點，例如在構建模型時，往往忽略了基本物質與導電體之間的作用關系，使得到的結果具有一定的偏差，不滿足當前社會發展的需求，在這種情況下，就研究出了熱力學模型來對導電高分子復合材料導電理論進行了闡述，使結果得到了很大的改進。這一理論是以熱力學原理的基礎上建立的，在這項理論中，認為構建導電通道的過程中，導電體處于臨界狀態的體積與模型中多余的自由能具有一定的聯系，當模型中多余的自由能達到一定的程度后，就會在模型的內部自動的構建出導電通道。并且，高分子材料中基本物質的熔融粘度較大，更好的阻止了平衡相的分離；導電體粒子的直徑較小，更好的幫助平衡相分離。使用這種模型來對導電高分子復合材料進行闡述與實際更加接近[2]。

2 導電高分子復合材料的特殊效應理論

導電高分子材料的性能往往不是一成不變的，在特定的環境中，其性能也會逐漸的在變化著。例如一些導電高分子復合材料在拉力或壓力的作用下，就會出現一些特別的效應，例如壓敏效應、拉敏效應等，可以根據這些特殊的效應來對地導電高分子復合材料進行闡述。

在壓敏、拉敏效應理論中，可以利用通道理論對其進行闡述。在不同的高分子材料，所中具有的臨界范圍不同，在壓敏的情況下，材料中的導電體相對就不是很多，使得導電體的分布不是很好，無法直接構造出導電通道，如果在這時向復合材料施壓，壓力不是很高時，沒有達到材料的最大臨界值，復合材料仍然具有高阻態；當所施加的壓力過高時，超過了最大臨界值，就會使復合材料發生一定的形變，使其內部構建出了導電通道，從而使其具有了導電性。在拉敏的情況下，材料含有大量的導電體，其內部具有一定的導電通道，這時在對其使用拉力時，當垃圾過大，超過最大臨界值時，復合材料就會發生形變，致使其全本具有的導電通道遭受了損壞，從而使復合材料不在具有導電性[3]。

3 導電高分子復合材料的應用以及發展趨勢

3.1 導電高分子復合材料的應用

導電高分子的原材料一般為聚合物或者具有導電效果較強的填充物，隨著科學技術的不斷發展，目前已經成功研制出了具有良好導電性的高分子復合材料，且隨著高分子復合材料的廣泛應用，也增加了抗靜電、電磁波屏蔽等功能，使得導電高分子材料獲得了巨大的技術突破，目前，根據導電高分子材料的性能不同，可以將其分為半導體材料、高導電體材料、熱敏導體材料等，其材料成分不僅有金屬材料，如銅、鋁等，同時也含有碳系聚合物，大大增加了導電高分子復合材料的穩定性，同時降低了制作成本。另外，由于導電高分子復合材料的優點，使得基于傳統的工作方式有了極大程度的改善，如在開關元件生產過程，傳統的導電材料的在開關中雖然能夠保證電流的有效傳輸，但是金屬材質會產生無用功率，同時導體過熱還會引發安全事故，因此，在開關元件的生產中應用高分子復合材料，能夠有效的保護用電安全，同時，利用高分子復合材料的熱效應，能夠制作出熱敏傳感器，提高能源的利用率，另外，導電高分子復合材料也在航電器的制作、煤電系統、建筑施工中有著廣泛的應用[4]。

3.2 導電高分子復合材料的研究進展

由于高分子復合材料具有非常良好的應用前景，因此，我國重視并鼓勵高分子復合材料研究的創新和發展，但是高分子復合材料具有較強的不穩定性，其性能容易受到制作工藝、制作環境等外在因素的影響，近年來，先進的導電理論指出尋研制能與復合材料穩定結合的導點模型是未來高分子復合材料的研究發展方向。隨著科學技術的不斷發展，目前已經得出復合體系的構建是建立導線模型的前提要素，利用拓撲學方法能夠有效的對復合材料的參數進行測量，同時能夠有效的觀測出不同添加劑對導電高分子復合材料的影響。由于高分子復合材料必須具有實用性，因此，導電高分子復合材料的研究上也偏向于增加其穩定性、輕便型、降低制作工藝與成本，同時使導電高分子復合材料能夠適應不同的溫度及濕度，擴大導電高分子復合材料的應用范圍，盡管在理論研究上存在諸多的困難，但是在應用方面已經取得了巨大的突破[5]。

4 總結

綜上所述，在現階段的發展中，導電高分子復合材料占據重要的作用，有效的對其進行使用，可以更好地促進社會的發展。并且隨著不斷對其進行研究，相關的理論知識已經得到了一定的發展，處在了一個瓶頸階段，很難在使其繼續發展。因此，在當前階段對導電高分子復合材料進行研究時，就要向著應用方面進行研究，使其在實際中起到更大的作用，有效的促進我國社會的發展。

參考文獻

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關鍵詞：液晶　液晶高分子　應用

中圖分類號：TN15　文獻標識碼：A　文章編號：1007-3973(2011)004-031-01

1　引言

液晶高分子材料是在一定條件下可以液晶態存在的高分子所加工制成的材料，較高分子量和液晶有序的有機結合使液晶高分子材料具有一些優異的特性。例如，液晶高分子材料具有非常高的強度和模量，或具有很小的熱膨脹系數，或具有優良的電光性質等等。研究和開發液晶高分子材料，不僅可以提供新的高性能材料從而促使技術的進步和新技術的產生，同時可以促進高分子化學、高分子物理學、高分子加工以及高分子應用等領域的發展。因此，研究液晶高分子材料具有重要意義。

2　液晶高分子材料的發展

液晶高分子存在于自然界很多物質中，像是生物體中的纖維素、多肽、核酸、蛋白質、細胞及細胞膜等都存在液晶態。液晶的原理首先在1888年由奧地利植物學家F Reinitzer(F.Reinitzer,Monatsh，Chem,9,421，1888)提出，之后，德國科學家O，Lehamann驗證了液晶的各向異性，他建議將其命名為Fliess，endekrystalle，在英語中也就是液晶(Liquid Crystal或簡化為LC)。19世紀60年代，人們發現聚對苯甲酰胺溶解在二甲基乙酰胺LiCI中，和聚對苯二甲酰對本二胺溶解在濃硫酸中，都可以形成向列型液晶(根據分子排列的形式和有序性不同，液晶有三種不同的結構類型：近晶型、向列型和膽甾型。向列型液晶只保留著固體的一維有序性，具有較好的流動性)。剛性分子鏈在溶液中伸展，當其濃度達到臨界濃度時由于部分剛性分子聚集在一起形成有序排列的微區結構，使溶液由各向同性向各向異性轉變，由此形成了液晶。隨即，美國杜邦公司(DuPont’s)先后推出了PSA(聚苯甲酰胺)及Kevelar纖維PPTA(聚對苯二甲酰對苯二胺)，標志著液晶高分子研究工業化發展的開始。到70～80年代，出現了諸如Xydar(美國Dartin公司，1984年),Vectra(美國Calanese公司，1985年)等一系列商用型熱致液晶，液晶高分子材料逐漸開始推廣。發展至今，液晶這一形態已經成為一個相當大的物質家族，其商業用途多達幾百種，例如日常生活中所用的液晶顯示手表、計算器、筆記本電腦和高清晰的彩色電視等都已商品化，使得顯示技術領域發生重大的革命性變化。

液晶高分子的一系列不同尋常的性質已經得到了廣泛的實際應用，其中大家最為熟悉的就是上面說到的液晶顯示技術，它是應用向列型液晶的靈敏的電響應特性和優秀的光學特性的典型例子。把透明的向列型液晶薄膜夾在兩塊導電的玻璃板之間，在施加適當電壓的點上變得不透明，因此當電壓以某種圖形的形式加到液晶薄膜上就產生了圖像。這一原理等同于學生日常學習使用的計算器，在通電時液晶分子排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時分子排列混亂，阻止光線通過，因而顯示出所要計算的數字。液晶顯示器件最大的優點在于耗電低，可以實現微型化和超薄化。與小分子液晶材料相比，液晶高分子在圖形顯示方面的應用前景在于利用其優點開發大面積、平面、超薄型、直接沉積在控制電極表面的顯示器，具有相當大的優勢。

液晶高分子還可以利用其熱，光效應來實現光存儲。首先將存儲介質制成透光的液晶態晶體，這時測試的光完全透過，證明沒有信息記錄；當用一束激光照射存儲介質時，局部溫度升高而使液晶高分子熔融成各向同性熔體，分子失去有序性：激光消失后，液晶高分子凝結成不透光的固體，信號被記錄下來。此時如果再照射測試光，將僅有部分光透過，記錄的信息在室溫下永久保存。這同目前常用的存儲介質――光盤相比，其對信息的存儲依靠記憶材料內部的特性變化使得液晶高分子存儲材料的可靠性更高，而且不用擔心灰塵和表面的劃傷對存儲數據的影響，更適合于重要數據的長期保存。

此外，將剛性高分子溶液的液晶體系所具有的流變學特性應用于纖維加工過程中，已創造出一種新的紡絲技術――液晶紡絲，這種新技術使纖維的力學性能提高了兩倍以上，獲得了高強度、高模量、綜合性能優越的纖維。由于剛性高分子溶液形成的液晶體系具有高濃度、低粘度和低切變速率下高度取向的流變學特性，因此采用液晶紡絲便順利地解決了高濃度溶液必然伴隨著高粘度的問題。同時，由于液晶分子的取向，紡絲時可以在較低的牽伸條件下就獲得較高的取向度，避免纖維在高倍拉伸時產生應力和受到損傷。這樣所得的高性能纖維可用于制造防彈衣、纜和特種復合材料等。

3　液晶高分子材料的應用

液晶高分子材料不僅在化學、物理方面得到了廣泛的應用，其在生物醫學方面的應用也是不可小視的。由于在電、磁、光、熱、力等條件變化時，液晶高分子將發生顯著的變化，使得液晶高分子膜比一般的膜材料具有更高的透過量和選擇性。因此，利用溶致性液晶(根據液晶形成條件的不同液晶態物質又可分為“熱致型液晶”和“溶致型液晶”)高分子的成型過程，如形成層狀結構，再進行交聯固化成膜，可以制備具有部分類似功能的膜材料。脂質體是液晶高分子在溶液中形成的一種聚集態，這種微膠囊最重要的應用就是作為定點釋放和緩釋藥物的使用。微膠囊中包裹的藥物隨體液到達病變點后被酶作用破裂釋放出藥物，達到定點釋放藥物的目的。

如前所述，作為新興的功能材料，液晶高分子材料具有很多突出的優點。隨著人們對它不斷的研究，液晶高分子材料會逐步代替目前使用的部分金屬和非金屬材料。液晶高分子材料作為一種較新的高分子材料，人們對它的認識還不充分，但在不遠的將來，液晶高分子材料的應用一定會越來越廣泛。對人類的生存和發展做出新的貢獻。

參考文獻：

[1]羅祥林.功能高分子材料[M].京：化學工業出版社,2010.

[2]何曼君，張紅東等.高分子物理[M].上海：復旦大學出版社，2007.

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1 紅外光譜法（IR）的應用—— 對高分子絮凝劑進行官能團認證

紅外光譜法通常是作為分析各種高分子聚合物材料的最佳選擇。到目前為止，紅外光譜儀可分為三代，第一代是用棱鏡作為分光元件，缺點是分辨率較低，且對儀器的操作環境要求較高；第二代是用衍射光柵作為分光元件，不僅分辨率得到了提高，而且價格較便宜、對操作環境的要求也不高；第三代是傅立葉變換紅外光譜儀，具有光通量高、噪音低、測量速度快、分辨率高、波數準確度高、光譜范圍寬等優點。

上述三代紅外光譜技術一般都是指透射紅外光譜技術，由于透射紅外光譜技術存在如下缺點：

（1）利用固體壓片或液膜法采集樣品，制作樣品操作繁瑣，且光程難以控制一致，導致測量結果出現誤差。

（2）由于大多數物質都有自己獨特的紅外吸收光譜，當樣品中存在多個組分時，導致譜峰重疊。

因此，采用透射紅外光譜技術對某些樣品進行測試仍有較大的局限性。隨著光譜分析技術的迅速發展，漫反射、衰減全反射等硬件以及差譜等軟件技術的出現，彌補了透射紅外光譜技術的缺陷，大大擴展了紅外光譜技術的應用領域。尤其是傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）技術更成為對高分子聚合物進行定性、定量分析的有力工具。

對于某一未知高分子材料，首先根據樣品的外觀特性、來源、用途以及物理性質進行初步分析，然后根據判定結果選擇適當的方法進行分離。對于一些組成較簡單、主要組分含量又特別高的高分子材料，也可不分離直接測定。

1.1 樣品制備

分析某一高分子材料，首先必須預處理樣品，目的是盡可能分離各組分。通常采用的方法是溶劑萃取法，該方法是根據在不同溶劑中的不同溶解性能從而將不同的高分子材料分離出來。不同的高分子絮凝劑所用的添加劑各不相同，選擇適當的萃取劑是非常必要的。選擇依據是盡量選擇那些對聚合物溶解度小而對添加劑溶解度大的溶劑。

1.2 譜圖分析

將樣品分離以后，即可作紅外光譜分析。一般從紅外光譜圖中僅能得到分子的結構及相應的官能團信息，并不能知道該物質具體是什么。因此，在解析紅外譜圖時，應更多的了解樣品的物理化學性質、不飽和度、元素分析等信息。

得到紅外譜圖之后，一般從該譜圖中的強吸收譜帶開始分析，通過分析這些強吸收譜帶，即可得到對應于化合物的主要官能團信息，從而得到未知化合物的主要分子結構；然后依次分析其它較弱的吸收譜帶。

1.3 比對驗證

通過以上初步分析，再將譜圖與“薩特勒”（Sadlter）標準紅外光譜集進行比對。通過對比驗證可以得到化合物的名稱、分子式、結構式等相關信息。在比對驗證過程中，首先可根據樣品的分子式及可能的結構式并結合物理常數查閱。若樣品譜圖與標準譜圖完全符合，即可確定此樣品。如果是新化合物，查不到其標準圖譜，則可結合其它分析方法如元素分析、核磁共振、質譜等來確定其分子結構。

2 核磁共振法（NMR）的應用

對高分子聚合物作各種表征時主要利用核磁共振法：均聚物立規性分析；異構體的鑒別；共混及三元共聚物的定性定量分析；官能團鑒別；端基表征；序列分布及等規度的分析等。采用核磁共振技術分析研究高分子聚合物的方法是：選用合適的溶劑、提高溫度或采用高場儀器的液體高分辨率技術；或是利用固體高分辨核磁共振光譜儀，采用魔角旋轉等技術。

3 掃描電鏡（SEM）的應用

掃描電鏡是利用高能電子束對樣品表面作光柵掃描，從而得到反映樣品表面性質的圖像。樣品的質量決定了成像的質量，良好的樣品應是導電、干燥的固體樣品。若導電性不好可以在表面噴鍍一層均勻、連續的重金屬膜。

4 透射電鏡（TEM）的應用

透射電鏡是利用能量的損失及其方向的改變來測量樣品的厚度。在操作時，將液體樣品滴到有支持膜的銅網上，再用濾紙吸去多余的液體，晾干后放入電鏡內即可。

該文介紹了以上幾種大型儀器在高分子絮凝劑的結構分析表征以及絮凝性能方面的應用。可以看出，現代儀器分析技術在研究高分子絮凝劑的性能，并使之應用到廢水處理當中具有很好的發展前景，值得深入探討。

參考文獻

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張雪芹，潘遠江，李楊.核磁共振方法在高分子聚合物方面的應用.現代科學儀器，2001（6）：22，29-33.

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[關鍵詞]材料 發展 金屬材料 無機非金屬材料 高分子材料

人類社會的發展歷程,是以材料為主要標志的。歷史上,材料被視為人類社會進化的里程碑。對材料的認識和利用的能力,決定著社會的形態和人類生活的質量。歷史學家也把材料及其器具作為劃分時代的標志:如石器時代、青銅器時代、鐵器時代、高分子材料時代……

100萬年以前,原始人以石頭作為工具,稱舊石器時代。1萬年以前,人類對石器進行加工,使之成為器皿和精致的工具,從而進入新石器時代。現在考古發掘證明我國在八千多年前已經制成實用的陶器,在六千多年前已經冶煉出黃銅,在四千多年前已有簡單的青銅工具,在三千多年前已用隕鐵制造兵器。我們的祖先在二千五百多年前的春秋時期已會冶煉生鐵,比歐洲要早一千八百多年以上。18世紀,鋼鐵工業的發展,成為產業革命的重要內容和物質基礎。19世紀中葉,現代平爐和轉爐煉鋼技術的出現,使人類真正進入了鋼鐵時代。與此同時,銅、鉛、鋅也大量得到應用,鋁、鎂、鈦等金屬相繼問世并得到應用。直到20世紀中葉,金屬材料在材料工業中一直占有主導地位。20世紀中葉以后,科學技術迅猛發展,作為發明之母和產業糧食的新材料又出現了劃時代的變化。首先是人工合成高分子材料問世,并得到廣泛應用僅半個世紀時間,高分子材料已與有上千年歷史的金屬材料并駕齊驅,并在年產量的體積上已超過了鋼,成為國民經濟、國防尖端科學和高科技領域不可缺少的材料。其次是陶瓷材料的發展。陶瓷是人類最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料。50年代,合成化工原料和特殊制備工藝的發展,使陶瓷材料產生了一個飛躍,出現了從傳統陶瓷向先進陶瓷的轉變,許多新型功能陶瓷形成了產業,滿足了電力、電子技術和航天技術的發展和需要。

現在人們也按化學成分的不同將材料劃分為金屬材料,無機非金屬材料和有機高分子材料三大類以及他們的復合材料。

金屬材料科學主要是研究金屬材料的成分組織、結構、缺陷與性能之間內在聯系的一門學科。金屬材料科學與工程的工作者還要研究各種金屬冶煉和合金化的反應過程和相的關系,金屬材料的制備方法和形成機理,結晶過程以及材料在制造及使用過程中的變化和損毀機理。對其按化學成份進行分類可以分為鋼鐵、有色金屬以及復合金屬材料。按用途分類包括結構材料和功能材料。

金屬基復合材料(MMC)因其良好的性能而得到了人們廣泛的關注。它是一類以金屬或合金為基體,以金屬或非金屬線、絲、纖維、晶須或顆粒狀組分為增強相的非均質混合物,其共同點是具有連續的金屬基體。目前,特別是航空航天部門推進系統使用的材料,其性能已經達到了極限。因此,研制工作溫度更高、比剛度和比強度大幅度增加的金屬基復合材料,已經成為發展高性能結構材料的一個重要方向。1990年美國在航天推進系統中形成了3250萬美元的高級復合材料(主要為MMC)市場,年平均增長率16%,遠高于高性能合金的年增長率1.6%。

無機非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬復雜,并且沒有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價鍵更強的離子鍵和混合鍵。這種化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。無機非金屬材料已從傳統的水泥、玻璃、陶瓷發展到了新型的先進陶瓷、非晶態材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維、半導體材料以及光學材料。由于新型無機非金屬材料除具有傳統無機非金屬材料的優點外,還有某些特征如:強度高、具有電學、光學特性和生物功能等,因此它們已成為現代新技術、新產業、傳統工業技術改造、現代國防和生物醫學所不可缺少的物質基礎。

高分子材料為有機合成材料,亦稱聚合物。自20世紀20年代德國著名科學家斯托丁格開創這一學科以來,高分子科學和技術的發展極為迅猛,如今已形成非常龐大的高分子工業。它具有較高的強度,良好的塑性,較強的耐腐蝕性能,很好的絕緣性能,以及重量輕等優良性能,在是工程上的發展最快的一類新型結構材料。高分子材料按其分子鏈排列有序與否,可分為結晶聚合物和無定型聚合物兩類。結晶聚合物的強度較高,結晶度決定于分子鏈排列的有序程度。工程上通常根據機械性能和使用狀態將其分為三大類:塑料、橡膠以及合成纖維。其中,我國的合成纖維、合成樹脂和合成橡膠已分別居世界產能的第一、二和三位。

參考文獻:

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[2]許順生.金屬材料科學概述.中國科學院上海冶金研究所.

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1實驗步驟

1．1實驗前準備（1）制備校正用零濁度水．參照國際標準ISO7027中規定的方法，選擇孔徑為0．1μm（或0．2μm）的微孔濾膜過濾蒸餾水，反復過濾2次以上，本實驗過濾5次，所獲得的濾液即為檢定用的零濁度水．該水貯存于清潔的，并用該水沖洗后的玻璃瓶中．（2）打開SGZ－2P濁度儀背后的電源開關，預熱30min．（3）分別用上述制得的校正用零濁度水和400濁度水校正濁度儀．（4）稱取0．10g鈦白粉，放于烘箱進行烘干，15min后取出．待冷卻片刻后，倒進燒杯中，向其中加蒸餾水至40mL，用玻璃棒攪拌均勻，靜置20min，然后采取上清液，放于濁度儀中，待讀數穩定后，記錄濁度值．

1．2制備硅酸鈉溶液（1）稱取0．15g二氧化硅粉末和0．20g氫氧化鈉，在燒杯中溶解，稀釋并充分反應，靜置，澄清，用移液管將所得上清液（硅酸鈉溶液）轉移至試管中．反應式如式（1）所示。（2）制備活性硅酸溶膠．用另一試管取適量鹽酸，使用滴管將上述硅酸鈉溶液逐滴加入鹽酸中，邊加邊振蕩試管，并使用廣泛pH試紙測定生成物的pH值，pH值大于9．0（這里定為10．0）時停止滴入硅酸鈉溶液．反應式如式（2），（3）所示．（3）同樣稱取0．10g導電鈦白粉，放于烘箱烘15min，冷卻片刻后倒入燒杯中，將上述所得的硅溶膠轉移進來，加蒸餾水稀釋至40mL，用玻璃棒攪拌均勻待測．

1．3測量數據首先重復步驟（2），分別在pH值為11．0，12．0，13．0，14．0時停止滴入硅酸鈉溶液．然后再重復步驟（3），用樣品試樣瓶取樣，放于濁度儀中測定其濁度值，待讀數穩定后記錄此時懸濁液的濁度值。

2結果與討論

2．1實驗數據在溫度為20℃，相對濕度為53％的實驗條件下，測試不同pH值的活性硅酸溶膠作為分散劑的鈦白粉懸濁液的濁度值，其實驗結果見表1．

2．2分析與討論

2．2．1無機表面改性根據濁度值與分散性的關系可知，經過處理（進行無機表面改性）后的導電鈦白粉的分散性比未經處理導電鈦白粉的分散穩定性有顯著的改善．當pH值在11左右時，濁度值最大，此時分散系的分散穩定性最好．這是因為硅包膜通過生成“活性硅”形成一層均勻致密的無定形水合氧化硅膜．當Na2SiO3酸化時，最初析出的是Si（OH）4．單體形式的Si（OH）4活性很大，很快生成硅氧烷鏈的聚合硅膠．活性硅就是指單體的和低聚合度的水合氧化硅，而具有高分子量的聚合物不活潑．這種膜的特征是：首先膜厚基本均勻，結構致密，是連續的，不是多孔的海綿狀；其次氧化硅以羥基形式牢固地結合到鈦白粉表面．二氧化硅與鈦白粉之間是通過Si—O—Ti結合在一起的顆粒．無機表面改性就是將無機化合物或金屬通過一定的手段在其表面沉積，形成包覆膜，或者形成核－殼復合顆粒，改善表面性能［16］．

2．2．2酸堿度的影響由表1看出濁度值隨著pH值增大而不斷增大，到達11時達到最大值，再繼續增大pH值，濁度值會逐漸減小，當接近14時濁度值達到最小．在pH＝11．0時濁度值達到了一個峰值，表明此時導電鈦白粉在pH＝11．0的活性硅酸溶膠中分散穩定性達到了最佳的效果；而在pH＝12．0，pH＝13．0和pH＝14．0時，濁度值急劇下降，說明分散效果變差了，而且pH越大（堿性越強），濁度值越小．這是因為粉體表面主要受相互排斥的靜電斥力和相互吸引的范德華力的作用，當靜電斥力遠遠大于范德華力時，分散性就好，否則分散性很差．pH值是通過改變鈦白粉顆粒表面的正負電荷量從而形成雙電層，而這種雙電層可以看作是四周被同一電荷所包圍的粒子，當pH值改變時，電荷濃度發生變化，電荷產生斥力，當這種斥力大于范德華引力時，粒子就會分開，體系處于分散穩定狀態．

2．2．3防靜電性能的鈦白粉用ATO包覆TiO2獲得的ATO／TiO2導電粉體［18］，能同時具備ATO與TiO2的優點：既有一定的導電性，顏色較淺，能吸收紫外光，又具有很好的耐候性及高溫使用性能．ATO、ATO／TiO2粉作為一種新型的功能導電材料，主要是以添加劑的形式應用于各種材料中，用于制備各種顏色的永久性導電、電磁屏蔽及防靜電材料，如導電涂料、導電膠（粘合劑）、導電塑料、導電橡膠、導電陶瓷、導電水泥、導電油墨、導電纖維等導電制品．以上采用的溶劑是蒸餾水，實驗結果表明，采用無水乙醇作溶劑時，重復實驗步驟（4），導電鈦白粉懸濁液的濁度值也要遠遠大于5．60，說明采取無水乙醇作為溶劑時，導電鈦白粉懸濁液的分散體系比在蒸餾水中要穩定得多，分散性更好．Ti—O的不平衡使TiO2極性很強，表面吸附的水因極化而發生解離，易形成羥基．TiO2顆粒的比表面積越大，表面羥基數量越多．羥基的存在可提高TiO2作為吸附劑及各種載體的極性，為表面改性提供方便．盡管TiO2本性是親水憎油的，改性就是利用一定的化學物質通過一定的工藝方法使其與TiO2表面上的羥基發生反應，消除或減少表面醇羥基的量，接枝或包覆其他化學物質，使產品由親水變為疏水，以達到改變表面性質的目的［19］．另外經改性后的鈦白粉具有親油性，這對各種高分子材料的多功能改性提供了重要的方法，由此對可以研制防靜電多功能高分子材料提供了理論依據．

3結束語

篇6

機遇與科研同行

據統計，美國從1960―1973年由靜電引起的火災爆炸中，僅裝油事故就166起；日本的靜電火災每年約發生100起，其中人體帶電所釀成的火災約占據20%。靜電產生的火花和易燃易爆氣體、液體、粉塵等物質接觸后，所導致的安全隱患相當嚴重。我國是一個擁有13億人口的大國，其中有近7億的一線產業工人，每年因防護服裝的功能性弱、穩定性差、環保指標不達標所造成的安全健康問題也相當嚴重。

近年來，國家出臺《中華人民共和國安全生產法》、《個體防護裝備選用規范》等相關法律法規，對防靜電職業安全防護工裝面料的配備標準提出新要求。為更好地保障火藥、化工、煤炭等行業工作服裝的安全性，國家安全生產監督管理總局提出將防護服防靜電標準由GB 12014―1989修訂為GB 12014―2009，于2009年12月1日正式推行。

該標準出臺，要求中石油、中石化等相關部門企業在采購防靜電工裝時，不僅要重視防靜電服裝的功能性，更要考慮到功能在安全防護基礎上的耐久性。防靜電安全國內導電材料也由原來的三足鼎立提升為目前炭黑成分導電纖維才能符合GB 12014―2009標準要求，這給面料、服裝生產企業帶來了較大的技術難度。

藍天海20年來致力于防靜電面料開發研究，始終重視科研。2010年，公司與中國紡織科學研究院江南分院合作成立了中國紡織科學研究院江南分院特種面料研發中心，從而成為國內為數不多的集研發與銷售于一體的科技創新型企業；2012年藍天海和清華大學合作，成功推出中國第一塊功能性品牌面料吊牌；2013年聘請加拿大阿爾伯塔大學教授宋國文作為公司的高級技術顧問，為公司研發能滿足中國6.5億產業工人安全防護要求的功能性面料。

藍天海作為防護服國家標準主要起草單位及國內最大最具專業的防靜電安全防護面料供應商，攻克了達到GB 12014―2009標準的技術難關。為確保面料的防靜電性能，藍天海從采用不銹鋼導電材料開始，經歷了研制防靜電整理劑、金屬氧化物導電材料、炭黑導電材料等階段。防靜電面料組織也從鑲嵌到目前的經緯交織，防靜電性能進一步提高，并確立了獨特的“藍翔GB 12014―2009面料十項生產要求”及“藍翔GB 12014―2009面料使用注意事項”。

當難點遇到“藍天海”

防護服受環境、洗滌次數及穿著時間的延長的影響，有可能出現導電性能的衰減。為確保使用藍翔面料制作的防護服在使用中防靜電安全性能的穩定，藍天海采用了耐光性和穩定性好的第五代40D/7F炭黑滌綸基導電材料，終于生產出了“藍翔”第四代高性能防靜電安全防護面料。

“生命無價，安全是天，我們在確保藍翔工裝面料的防靜電性能符合GB 12014―2009標準的基礎上，在行業內首家承諾藍翔工裝面料的防靜電安全防護性能在3年內有效。”該公司技術部人員介紹說。

從外觀看，藍翔第四代高性能B級防靜電安全防護面料與同行的防靜電面料基本一致，但該面料的導電性能已明顯優于GB 12014―2009 B級標準，部分產品已達到GB 12014―2009 A級標準，面料表面電阻在1×105Ω～1×108Ω之間，并具有耐光及導電性能穩定的特點。

該面料最大的優勢在于，耐光、耐摩擦、耐屈曲、耐氧化及耐腐蝕能力強，可緩解防護服受陽光等環境、洗滌次數及穿著時間的延長出現導電性能的衰減現象。面料具有的高導電性能的特性，可確保防護服在穿著1～2年時間內防靜電安全防護性能的有效性。同時，藍翔面料的甲醛、偶氮、pH值、透氣性、強力明顯高于GB 18401―2010等相關國家標準。

據藍天海技術人員介紹，第四代面料的關鍵技術難點是第五代導電材料的研發，為了使導電纖維達到良好的可紡性，公司技術人員主要攻克了母粒與皮層其他組分的相容性、皮層組分的流動性的難題。同時，攻克了導電母粒的多色配方方法，導電成分露與藏的比例對纖維性能的影響，皮層組分的改變對導電纖維物理性能的影響等技術難題。

第五代導電纖維選用了超導炭黑作為導電體，它具有粒徑小而均勻、較大的DBP吸油值及BET比表面積值等優點。同時，選擇適合制造纖維的高分子材料助劑，以及耐光性和耐熱性好的聚酯為基材，并在生產過程中適時增加纖維中的炭黑含量，通過添加劑克服炭黑與高分子材料界面間的分散性，尋找最佳加工參數研制而成的特殊的復合纖維，使導電炭黑以小于1.5pm的幅度間隔部分在纖維表面外露、部分在纖維內部蘊藏，也使導電纖維導電性能優良并且更加耐久。

面對市場與未來

隨著國家、行業、企業對安全生產的重視，以及產業工人對自身保護意識的增強，很多原來對防靜電服裝沒有需求的行業，也紛紛開始使用防靜電安全防護服裝。目前，市場主要的應對措施有兩種：一種是研發新型的導電絲，另一種是采用不同原料、不同生產工藝加工防靜電面料。藍天海在防靜電面料方面一直走在前列，在同行只簡單采用白絲、灰絲、黑絲的時候，他們已經與其供應商共同開發出了白絲2號、黑絲2號等系列產品。

篇7

關鍵詞：納米 陶瓷膜

一、前言

陶瓷材料作為全球材料業的三大支柱之一，在日常生活及工業生產中起著舉足輕重的作用。但是由于存在脆性（裂紋）、均勻性差、可靠性低、韌性、強度較差等的缺陷，因而使其應用受到了一定的限制。隨著納米技術的廣泛應用，納米陶瓷隨之產生，它克服了陶瓷材料的許多不足，并對材料的力學、電學、熱學、磁光學等性能產生重要影響，為陶瓷材料的應用開拓了新領域使陶瓷材料跨入了一個新的歷史時期。

納米陶瓷膜便是納米陶瓷材料的大家庭中的一種，其產生于21世紀初，具有分離效率高、效果穩定、化學穩定性好、耐酸堿、耐有機溶劑、耐菌、耐高溫、抗污染、機械強度高、膜再生性能好、分離過程簡單、能耗低、操作維護簡便、膜使用壽命長等眾多優勢，并且對GPS信號無任何屏蔽作用。納米陶瓷隔熱膜是21世紀的航天領域高科技產品，該產品起先應用于美國軍事、航空、航天領域。

二、正文

1.納米陶瓷膜簡介及研發歷史

陶瓷膜技術是膜技術中的翹楚，但20世紀80年達國家已在廣泛應用時，中國在此領域卻還是一片空白。十幾年過去了，依靠自主創新，中國陶瓷膜技術從無到有，不僅打破了國外的封鎖與壟斷，還達到了國際領先水平。膜是一種高分子化學材料，它有無數個只能用微米甚至納米計算的小孔，既有分離、濃縮、凈化和脫鹽功能，又有高效、節能、環保、分子級過濾等特征。膜技術發明之后便廣泛運用于食品加工、水質凈化、環境治理、制藥工業、化工與石油化工等領域，用來實現產品的凈化分離。陶瓷膜就是由經過高溫燒結的陶瓷材料制成的分離膜。由于具有獨特的耐性，其一進入市場便成為膜領域發展最為迅速、也最有發展前景的品種之一。

到1989年底，南京工業大學徐南平院士才開始了在陶瓷膜領域的艱難探索。經過二十多年的不懈奮斗與努力，中國在陶瓷膜領域不僅打破了西方的封鎖與壟斷，而且依靠自主創新達到了國際先進水平。

2.納米陶瓷膜特征與原理

相較于傳統聚合物分離膜材料，陶瓷膜具有化學穩定性好，能耐酸、耐堿、耐有機溶劑；機械強度大，可反向沖洗；抗微生物能力強；耐高溫；孔徑分布窄、分離效率高等優點，在食品工業、生物工程、環境工程、化學工業、石油化工、冶金工業等領域得到了廣泛的應用，其市場銷售額以30%的年增長率發展著。陶瓷膜的不足之處在于造價較高、無機材料脆性大、彈性小、給膜的成型加工及組件裝備帶來一定的困難。

陶瓷膜分離工藝是一種“錯流過濾”形式的流體分離過程：原料液在膜管內高速流動，在壓力驅動下含小分子組分的澄清滲透液沿與之垂直方向向外透過膜，含大分子組分的混濁濃縮液被膜截留，從而使流體達到分離、濃縮、純化的目的。

陶瓷膜是由孔隙率30%～50%、孔徑50nm～15μm的陶瓷載體，采用溶膠-凝膠法或其它工藝制作而成的非對稱復合膜。用于分離的陶瓷膜的結構通常為三明治式的：支撐層（又稱載體層）、過渡層（又稱中間層）、膜層（又稱分離層）。其中支撐層的孔徑一般為1～20μm，孔隙率為30%～65%，其作用是增加膜的機械強度；中間層的孔徑比支撐層的孔徑小，其作用是防止膜層制備過程中顆粒向多孔支撐層的滲透，厚度約為20～60μm，孔隙率為30%～40%；膜層具有分離功能，孔徑從0.8nm～1μm不等，厚度約為3～10μm，孔隙率為40%～55%。整個膜的孔徑分布由支撐層到膜層逐漸減小，形成不對稱的結構分布。

陶瓷膜根據孔徑可分為微濾（孔徑大于50nm）、超濾（孔徑2～50nm）、納濾（孔徑小于2nm）等種類。進行分離時，在外力的作用下，小分子物質透過膜，大分子物質被膜截留，從而達到分離、濃縮、純化、去雜、除菌等目的。

3.納米陶瓷膜的優勢

陶瓷隔熱膜系是由導電性物質氮氧化物組成，具有獨特的分子結構，是一種性能獨特并持久耐用的復合陶瓷膜結構。因而其具有阻隔紅外線、分離效率高、效果穩定、化學穩定性好、耐酸堿、耐有機溶劑、耐菌、耐高溫、抗污染、機械強度高、膜再生性能好、分離過程簡單、能耗低、操作維護簡便、膜使用壽命長、隔熱性能好，質量穩定等眾多優勢，并且對GPS信號無任何屏蔽作用。能夠保持最高的可見光透射率的同時，又能提供最高的紅外線和遠紅外線的反射。

4.納米陶瓷膜的研究現狀

納米陶瓷膜目前主要采用納米材料淀積技術，與PET表面涂布納米陶瓷有所不同，它是將納米陶瓷材料混合到PET基材顆粒，從而提高產品性能，使其達到前所未有的穩定。在金屬膜的技術上通過納米陶瓷技術，采用先進的真空磁控濺射工藝，用精微的納米狀陶瓷物質來制造，從而使產品對光進行智能濾光篩選，最大限度阻隔熱量，性能大大優于單純金屬薄膜。此外，納米陶瓷膜的生產還采用了高隔熱低反光技術，一方面可以使薄膜有效隔熱率超過90%，提高室內舒適度和節省能源；另一方面卻沒有增加薄膜的反光。通常提高隔熱能力的同時，總是要加強隔熱膜的反光，這樣會使得室內可見光大量損失，并且使得通信信號大幅減弱；強烈的內反光極易干擾視線，引起視覺疲勞。

5.納米陶瓷膜的應用前景

隨著現代科學技術的發展和生活水平的提高，人們越來越重視節能和環。建筑物門窗玻璃、頂棚玻璃、汽車玻璃和船艦玻璃對可見光的透過性有較高的要求，但在滿足采光需要而使可見光透過的同時，太陽光的熱量也隨之傳遞。因此，對室內溫度和空調制冷能耗產生一定程度的影響。在夏季這種影響特別顯著，透過玻璃窗進入室內的太陽能量加大的了空調的載荷。通常空調的設定溫度與負荷具有如下關系：設定的制冷溫度提高2℃，制冷電力負荷將減少約20%；設定的制熱溫度調低2℃，制熱電力負荷將減少約30%。為了節約能源，人們采用了金屬鍍膜熱反射玻璃和各種熱反射貼膜，用以反射部分太陽光中的能量，從而達到隔熱降溫的目的。但是，這種做法對產品的應用構成影響，要么達不到預定的效果，要么加大了制作工藝成本。納米陶瓷膜出現，為透明隔熱問題的解決提供了新的途徑，具有廣闊的應用前景及市場價值。目前在國內，研發應用此產品已經引起了不少公司的關注。

三、結論

近幾十年來，陶瓷材料的應用及發展是非常迅速的，陶瓷材料作為繼金屬材料、高分子材料后最有潛力的發展材料之一，它在各方面的綜合性能明顯優于現在使用的金屬材料和高分子材料。陶瓷材料的應用前景還是相當廣闊的，尤其是能源、信息、空間技術和計算機技術的快速發展，更加拉動了具有特殊性能材料的應用。相信在不久的將來，陶瓷材料會有更好、更快的發展，展示出其重要的應用價值，為人類的文明發展做出重要貢獻。

參考文獻 ：

篇8

Abstract： The conductivity properties and temperature-resistance characteristic of polymeric conductive composites filled by titanium diboride are investigated. The resistance of conductive composites decreases slowly with the increasing content of titanium diboride， and then decreases rapidly to low resistance state when the content of titanium diboride reaches a critical value. The resistivity of conductive composites increases slowly with the increasing temperature， and then increases rapidly to high resistance state when the temperature reaches the melting temperature of the polymer. Electron beam radiation crosslinking can eliminate resistance negative temperature coefficient of the conductive composites.

P鍵詞：二硼化鈦；導電復合材料；聚合物基；負溫度效應

Key words： titanium diboride；conductive composites；polymeric；negative temperature coefficient

中圖分類號：TB332 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）15-0157-03

0 引言

聚合物基導電復合材料在正常溫度下可維持較低的電阻值，當溫度升高到聚合物熔融溫度附近時，其電阻會突變為高電阻狀態[1-3]。因此可把聚合物基導電復合材料制備成電路保護元件，連接到電路中，當電路中發生過電流或過高溫情況時，其電阻會突變為高阻，截斷電路，達到保護電路中其它元件的目的，此類材料已被廣泛應用于移動終端如智能手機、平板電腦、筆記本電腦鋰電池的過電流保護。

聚合物基導電復合材料一般由聚合物和導電填料復合而成，導電填料均勻分布于聚合物基材中[4-6]。常用于導電復合材料中的聚合物有聚乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物等，而導電填料一般為碳黑、金屬粉或導電陶瓷粉[7-8]。碳黑具有性能穩定，價格低廉的優點，但是，由于碳黑的導電率較高，無法制備出低電阻率的導電復合材料。鎳、銅等金屬粉具有極低的電阻，但是易氧化，需要對導電復合材料進行包封，造成加工工藝復雜，失效風險較高。為得到較低的電阻值，同時克服金屬粉易氧化的弊端，具有優異導電性能和抗氧化能力的導電陶瓷粉逐漸成為近期研究的熱點。本文主要研究以二硼化鈦（TiB2）陶瓷粉填充聚合物導電復合材料的電性能和溫度-電阻特性。

1 樣品制作及測試

1.1 原材料及樣品制作

高密度聚乙烯（HDPE），中國石油天然氣股份有限公司生產，牌號2200J，熔體流動速率為5.5g/10min，斷裂伸長率80%，密度ρ=0.964g/cm3。TiB2粉末，粒徑3～5μm，密度4.45g/cm3，電阻率14×10-6（Ω?cm）。

將HDPE、TiB2按照一定的配比加入轉矩流變儀中混煉，轉矩流變儀的溫度為185℃，轉速為30rpm，混煉時間為15分鐘，然后將混煉好的復合材料熱壓成0.3mm厚的片狀。再通過熱壓合在片狀材料的兩面壓合銅電極箔。熱壓合的溫度為185℃，壓力為5MPa，壓合時間為10分鐘。然后在水冷冷壓機上冷壓5分鐘，冷壓壓力為5MPa。最后將壓合好的片材切割成4*5.5mm的小芯片。

1.2 測試與表征

電阻的測試：SB2230型數字直流電阻測試儀測試電阻。溫度-電阻特性測試：將樣品放在溫度程序控制儀控制的烘箱中以一定速率升溫，升溫速率為2℃/min，同時采集測試樣品在各個不同溫度時的電阻值。掃描電子顯微鏡觀察復合材料斷面形貌。

2 結果與分析

2.1 TiB2填充量與導電復合材料導電性能的關系

圖1是TiB2填充聚乙烯導電復合材料的電阻和TiB2體積分數的關系。從圖中可以看出，導電復合材料的電阻與TiB2體積分數的關系是非線性的。當TiB2體積分數比較低（0～25%）時，導電復合材料的電阻隨著TiB2體積分數的增加而小幅下降；繼續增加TiB2的填充量，當TiB2體積分數達到30%左右時，導電復合材料的電阻開始急劇下降，在較窄的一段體積分數區間（25%～35%）內降幅高達多個數量級，出現絕緣體-導體轉變，即逾滲現象；當TiB2的體積分數超過臨界區域后，導電復合材料的電阻變化幅度又逐漸平緩。

導電填料含量與導電復合材料電阻的這種非線性關系可以用導電通道理論來解釋。當TiB2體積分數較低時，TiB2粉末顆粒之間間距過大，還未相互接觸形成導電通道，此時導電復合材料的電阻隨TiB2含量的增加變化較小；當TiB2體積分數達到某一臨界點時，TiB2顆粒之間開始接觸，開始形成連通的導電通路，此時TiB2體積分數的少量增加就會使導電通道大規模形成，從而出現導電復合材料電阻的絕緣體-導體突變；超過臨界區域以后，導電復合材料中的導電網絡已經基本完善，再進一步增加TiB2的體積分數對導電復合材料的電阻影響不顯著。

2.2 溫度對不同TiB2含量的導電復合材料電阻的影響

圖2為不同TiB2含量的導電復合材料的溫度-電阻特性曲線。從圖中可以看出，在25～110℃區域，У綹春喜牧系牡繾杷孀盼露鵲納高緩慢上升；從110℃至HDPE熔融溫度峰值（約135℃）的溫度區間內，導電復合材料的電阻隨溫度的上升而急劇增大，形成導體-絕緣體轉變，即電阻正溫度效應；超過HDPE熔融溫度峰值135℃以后，導電復合材料的電阻處于高阻狀態，但是電阻呈現逐漸下降的趨勢，出現電阻負溫度效應（NTC）現象。從圖2中還可以看出，隨著TiB2含量的增加，導電復合材料電阻隨溫度的突變程度減小，這是因為當TiB2含量較低時，導電通道還不完善，有些地方可能僅有少量導電通道，聚合物結晶相熔融和體積膨脹很容易破壞這些薄弱的地方，從而導致電阻隨溫度的變化程度更大；TiB2含量增加時，導電通道數量增加，導電網絡趨于完善，結晶相熔融和體積膨脹等因素導致的局部導電鏈的破壞對整個導電通道的影響減小，因此電阻隨溫度的變化程度變小。

多種因素的共同作用使導電復合材料產生了電阻正溫度效應，其中聚合物結晶相的熔融和體積隨溫度上升產生的膨脹是兩個重要的原因。由于TiB2顆粒與聚合物基體中的結晶相不相容，TiB2顆粒分布在非晶相中或晶界區，相互接觸形成導電通道。25～110℃區域，導電復合材料中大量結晶相的存在阻礙了聚合物分子鏈的運動，限制了TiB2顆粒的位置改變，由TiB2形成的導電通道改變較小，因此電阻隨著溫度的升高緩慢上升。當溫度處于110℃至HDPE熔融溫度峰值（約135℃）的溫度區間內時，聚合物的結晶相開始熔融，TiB2顆粒向已經熔融的區域擴散，相互之間的接觸開始松動，導電通道被破壞，特別是聚合物基體體積的突然增大，TiB2顆粒間被撐開，加劇了導電通道的破壞，因此此時導電復合材料的電阻會大幅增加，出現電阻正溫度效應現象。超過HDPE熔融溫度峰值135℃以后，聚合物分子鏈段劇烈的運動推動TiB2顆粒聚集，TiB2顆粒重新進行近程分布，形成新的導電通道，導電復合材料電阻下降，出現NTC效應。

2.3 輻射交聯對導電復合材料溫度-電阻特性的影響

圖3是將導電復合材料進行不同劑量電子束輻射交聯后的溫度-電阻曲線，其中TiB2的體積分數均為50%。從圖3中可以看出，隨著輻射劑量的增加，導電復合材料的溫度-電阻曲線向低溫方向移動，并且在低溫段時，電阻隨溫度變化比較明顯。這可能是由于輻射使聚乙烯產生了交聯，結晶度減小，熔融溫度降低所致。從圖3還可以看出，輻照交聯達400kGy以上時，導電復合材料的NTC現象消失，這是因為交聯后的聚乙烯將TiB2顆粒固定，當聚乙烯熔融時，TiB2顆粒仍然處于相對穩定的位置狀態，無法重現進行近程分布，使導電復合材料的電阻一直處于穩定的高阻狀態。

2.4 導電復合材料的微觀結構

圖4所示為TiB2填充聚乙烯導電復合材料的SEM照片，從圖中可用看出，TiB2顆粒具有不規則的多面體結構，均勻分散在聚乙烯基體當中，眾多的棱角有利于顆粒之間形成多個導電通道，降低電阻，加上TiB2顆粒本身具有比較低的電阻率，因此由其制備的導電復合材料具有比較低的電阻。

3 總結

①當TiB2體積分數比較低（0～25%）時，導電復合材料的電阻隨著TiB2體積分數的增加而小幅下降；當TiB2體積分數從25%增加到35%時，電阻開始急劇下降，出現絕緣體-導體轉變；當TiB2的體積分數超過35%后，電阻變化幅度又逐漸平緩。②溫度較低時，導電復合材料的電阻隨著溫度的升高緩慢上升；從110℃至HDPE熔融溫度峰值（約135℃）的溫度區間內，導電復合材料的電阻隨溫度的上升而急劇增大，形成導體-絕緣體轉變；超過135℃以后，出現電阻負溫度效應（NTC）現象。③隨著輻射劑量的增加，導電復合材料的溫度-電阻曲線向低溫方向移動，并且在低溫段時，電阻隨溫度變化比較明顯。輻照交聯達400kGy以上時，可以消除導電復合材料的NTC現象。

參考文獻：

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篇9

摘要：本文主要講述了現代無機非金屬材料的發展方向，即材料低維化、材料復合化、材料智能化、材料對環境危害減小化。

關鍵詞：現代無機非金屬材料；低維化；復合化；智能化；

環境危害減小化

在現代高科技技術的快速發展的大環境下，各行各業對新材料新功能的需求日益增加，而材料也成為了制衡各行業能否順利向前發展的關鍵一環，整個材料行業本身也隨著科技的進步取得了很大的成果。現代無機非金屬材料除了要滿足傳統的功能要求和使用傳統的加工生產工藝之外，隨著新的國家和市場的需要以及新的技術的使用下，無機非金屬材料在現代朝著以下幾個方向發展：無機非金屬材料的低維化、無機非金屬材料的復合化、無機非金屬材料的智能化、無機非金屬材料對環境危害減小化。

1、材料低維化

宏觀上的低維化是從整體材料向薄膜材料和纖維材料的發展。現代微電子、光電子和光子學器件等原件都是集成化的，隨著其所擔負功能越來越復雜但其所占用體積越來越小，普通的無機非金屬材料已經不能滿足這點要求，因此對于大多數信息功能器件只能使用薄膜材料，這是材料向低維化發展的一個很大原因，那就是原先無機非金屬材料已經不能滿足其新的使用要求。還有一點就是新的無機非金屬材料可以擁有更多的特殊功能。例如結構材料通常使用涂層和薄膜來改變性能，包括增強、增韌、耐磨等。在結構材料的功能化上，薄膜具有特殊的作用。因此無機非金屬材料的薄膜制備、結構和性能、表面態以及發展新的薄膜材料的研究就十分重要。在功能器件中纖維也作為集成元件，如光通信中光信號的放大、調制、選模等功能都通過功能纖維來完成，形成集成纖維光路和光網。

無機非金屬材料微觀上的低維化，是材料組織結構的尺寸不斷變小，即從毫米、微米趨向納米。上世紀末出現的光子學晶體，是以一維、二維和三維的以光波長為尺度(微米和亞微米)以介電常數空間周期變化的人工帶隙新材料，將在本世紀內有很快的發展，特別是應用于光電子學和光子學材料和器件。納米尺度上的超晶格薄膜、納米線、納米點材料的結構、性能的尺寸效應以及納米材料的制備在上世紀末已作為公共關心的主題。納米材料和器件由于其尺度上納米量級，可表現出許多不同于塊體結構的性質，對材料結構和性能關系的認識延伸到介觀尺度。進入到21世紀將以納米器件為中心來研究納米材料的合成、組裝與性能調控。進一步的低維化，涉及到基于原子和分子的納米材料和技術，低維納米材料及其復合的量子特性，量子限域體系設計和制造，研究量子點和量子線材料的電子和能帶結構、雜質態和缺陷態等與結構與材料的物理性質關系，實現量子調控。

2、無機非金屬材料復合化

無機非金屬材料與其他材料的復合，包括與金屬材料和有機高分子材料的復合是不斷增加其新功能的一個主要方法。主要是根據現實中對材料新功能要求，以此為研發目標，不斷的優化三大類材料的各自優點，并將其進行復合。上個世紀在傳統無機非金屬材料上已廣泛采用，如鋼筋混凝土(金屬與水泥)、玻璃鋼(有機高分子與無機玻璃纖維)，這類以結構材料為主的復合材料，今后仍將優化并繼續發展。還有一種復合就是隨著材料新性能的增加而不斷產生的新的材料的復合，這種復合一般又有很大的隨機性，但其可能表現出的新性能通常也是比沒有復合有很大的提高。隨著材料的復合的尺寸愈來愈小，以至于達到納米和分子尺度上的復合或稱之為雜化，今后在無機非金屬功能材料上將頗為明顯，如納米和敏化染料雜化以及以納米線與唾吩的復合材料的太陽能電池材料，高的非線性光學常數的無機一有機雜化材料，碳納管與有機熔鹽制成高度導電的聚合物納米管復合材料等。功能的復合將使結構材料與功能材料的界限逐步消失，例如平板玻璃是作為門、窗、墻的結構材料，但當平板玻璃鍍膜后就具有不同的光反射和吸收的陽光控制和低輻玻璃后，就成為能滿足節能、環保、安全和裝飾的多功能建筑玻璃。結構陶瓷也逐步功能化，利用陶瓷優良的介電性能和光反射性能，發展了結構、防熱、透波(或吸波)等陶瓷材料。利用AIN陶瓷高的導熱性、低的電導率和熱膨脹以及優良的機械性可作為大功率半導體集成器件的基板。

作為無機非金屬材料與金屬材料和有機高分子材料的復合化發展趨勢。復合化的最終是以應用為目標,如無機非金屬材料已廣泛應用在鋼筋混凝土、玻璃鋼等方面其中主要就是用有機高分子與無機玻璃

纖維來組成,這種結構材料為主的復合材料,這也是復合材料具有單一材料所無法滿足的使用功能,更是建筑材料發展趨勢。

3、無機非金屬材料智能化

隨著新材料的出現以及新的信號傳感控制系統的逐漸應用，材料的智能化已經不再遙遠。所謂材料的智能化即材料能接受外部環境變化的信息，并能實時做出反饋。這將極大的提高材料的使用范圍，因此智能無機非金屬材料日益受到關注。最早的智能化材料為被動式，如光色(光致變色)材料受陽光輻射，自動改變透光度，但透光度的深淺是不同控的。但電致變色材料不僅光照后變色，并且變色程度由外加電壓可控，是智能自動式。智能化功能材料大都分為多片壓電和鐵電陶瓷的復式結構，外場信號的感知和反饋操作是分開的，目前趨向薄膜化和集成化。納米復合材料的出現，可以把不同功能的材料從微觀上復合在一起，形成緊湊的單體智能材料，這也是多功能無機非金屬材料的主要發展方向。目前應用領域較廣的建筑智能化,提高建筑材料的安全性智能等方面。

4、無機非金屬材料對環境危害減小化

21世紀是人類與自然環境和諧發展的時代，尤其是我們國家，幾乎所有的建設項目如果環境這不達標的話就會遭到全盤否決。所以節能降耗、環境友好、資源綜合和循環利用、廢棄物資循環利用和處理、有害氣體液體的低排放和無害處理、有毒有害元素的替代必將是我國無機非金屬材料的創新研究和生產中必須遵循的，應該全方位、多學科地研究綠色生產工藝、環境協調材料制備技術及其理論基礎。傳統無機非金屬材料產業是著名的資源、能源高消耗和對環境的高污染。如今要按照“全面、協調、可持續發展”的科學發展觀，首先解決傳統無機非金屬材料與生態環境協調的生產技術，成為生態環境材料。加強理論基礎研究，探索出低能耗少污染的新的合成和制造工藝;提高產品性能和節耗的技術途徑;廢氣廢料的合理科學處理技術;礦物資源的合理利用和結構調整。以傳統的無機非金屬材料為例，建立材料環境負荷評價的方法。

發揮無機非金屬材料的制備特點，加強對改善環境的關鍵材料的研究，諸如核廢物固化材料以解決核廢物的永久處理;汽車和柴油機尾氣三效催化劑(稀土復合氧化物)及載體材料(多孔陶瓷和陶瓷纖維)以解決汽車和柴油機的尾氣污染;光催化的建筑材料以解決建筑材料的自潔以及無機膜分離材料對藥物、食物和污水處理。

5、結語

無機非金屬材料在幾乎所有的高科技產業中都有很重要的作用，并且隨著無機非金屬材料傳統性能的優化以及新功能的開發，它的地位將會越來越牢固。因此正確的把握無機非金屬材料的發展方向，結合這個特定時代對其的特定需求去發展整個行業，將會進一步促進整個行業的發展，使其更好的在國民經濟建設中發揮作用。（作者單位：鄭州大學材料科學與工程學院）

參考文獻：

篇10

【關鍵詞】聚苯胺；電磁參數；摻雜；復合材料

一、前言

Fe3O4摻雜聚苯胺具有作為微波吸收和電磁屏蔽材料的優點，但由于軍事應用的可能性，這類研究的實際應用很少公開報道，而主要是作為抗靜電劑、二次電池材料使用。今后聚苯胺可以期望通過下列途徑充分開發和利用其吸波性能：①利用摻雜態聚苯胺的半導體性吸收雷達波，達到雷達隱身目的；②在電子儀器內壁和孔壁上形成聚苯胺涂層，并將其導電能力提高到10-1s?cm-1以上，以實現電子儀器殼內外的電磁波屏蔽；③利用聚苯胺在摻雜前后導電能力的巨大變化，實現防護層從吸收電磁波到透過電磁波的可控切換；④通過分子結構設計和物理改性，使聚苯胺的電損耗與其他材料的磁損耗相結合，開發復合型微波吸收材料。

目前國內外研究者對磁性物質摻雜聚苯胺做了大量研究工作。將高導電性（σ≈3.4s?cm-1）聚苯胺與氨基苯磺酸共聚物溶解于堿性溶液中，以FeCl2作為摻雜劑，制備γFe2O3/PANI的電磁復合材料，分析表明，復合物的磁性能依賴于反應液的pH值，當pH值升高時，其飽和磁化強度Ms最大達33.2emu/g，吸波能力比PANI/Fe3O4（Ms=20emu/g）要高。在材料設計二元協同理論的指導下，提出的“修飾-再摻雜法”，即先采用微乳液法合成由導電聚苯胺（PANI/DBSA）的氯仿溶液修飾原位生成的Fe3O4納米顆粒的復合物，然后在該復合物存在下使聚笨胺聚合，結果表明，磁導致導電聚苯胺的連續性不好，因此聚苯胺/納米Fe3O4復合材料的電導率低于PANI/DBSA，而磁性能有所增加，同時具有微波電損耗和磁損耗性能。將Fe3O4的水溶液與PANI的甲基吡咯烷酮溶液進行混合，用化學方法合成出具有半導體性和導磁性的PANI/Fe3O4復合物，該復合物具有一定的微波吸收性能。用FeCl2摻雜PANI/H2SO4，使PANI/H2SO4的導電、導磁性能有所提高，在8.2～12.4GHz范圍內最大衰減為17.2dB，平均衰減為11.3dB，可以作為微波吸收材料。

二、Fe3O4摻雜聚苯胺介電特性及吸波性能研究

1.實驗

依次加入40ml蒸餾水，16ml鹽酸，5.3ml苯胺于三口燒瓶中，同時攪拌玻璃棒。在加入蒸餾水時開始工作（以能攪拌液體為宜），否則混合物的溫度會上升。溫度控制在20℃左右（反應體系在水浴中冷卻）。然后加入一定量的Fe3O4粉末。將做氧化劑的過硫酸銨（30g）溶于由35ml鹽酸和100ml蒸餾水組成的溶液中，然后用滴液漏斗將其慢慢滴入（約每秒兩滴）上述混合溶液中，溶液的顏色由綠色到藍綠色再到深綠色，并有顆粒狀的復合聚苯胺生成。繼續攪拌并維持反應8小時。反應完畢后將產物進行抽濾，并用丙酮，蒸餾水反復洗滌產物，直到濾液無色。干燥，制得兼具有磁性和導電性的復合聚苯胺。

（1）樣品的制備及電磁參數的測量與計算

將所制得的樣品依次編號分別在摸具中制成矩形波導線所要求的尺寸（長為23.30mm，寬為10.36mm），首先用四探針測量各樣品的實驗數據，得出各樣品的電磁參數。為了便于測量他們的吸波特性，將各樣品分別與石蠟均勻混合再壓制成矩形波導線所要求的尺寸（此時樣品厚度均為2.88mm），再用波導式測量線測試各樣品的反射系數。

（2）計算原理

根據微波吸收理論，吸收體的電壓反射系數為：

Γ=[(μr/εr)1/2tanh(γd)-1]/[(μr/εr)1/2tanh(γd)+1]

表達式中εr，μr分別為相對介電常數和相對磁導率。

反射系數為R=20log|Γ|(dB)

本研究中還需考慮的一個問題是吸收頻率f。從式中可以看出，吸波性與材料的電磁參數，厚度及使用頻率有關。在厚度和頻率相同的前提下，通過改變復合物中各組分的比例，可改變等效電磁參數，尋找到最佳配比。（3）實驗結果與討論

我們對樣品測試了摻雜復合聚苯胺的電磁參數（ε＇ε"μ＇μ"）。且其對摻雜Fe3O4與苯胺的質量比例（Fe3O4／ANI）的關系如上表2．圖3.1，3.2為ε＇ε"對摻雜Fe3O4與苯胺不同質量比例關系曲線。圖3.3，3.4為μ＇μ"對摻雜Fe3O4與苯胺不同質量比例關系曲線。

由圖中可以看出，樣品的摻雜質量比例變化引起了樣品的電磁參數變化。ε＇ε"、μ＇隨摻雜比例變化是先增大，后減小，再增大到最大，最后又減小。當摻雜比例為35%時，ε＇ε"值最大。μ"隨著摻雜比例變化，大體上是逐漸減小，因此，通過調節樣品中Fe3O4與苯胺的配比，可以調節ε＇ε"及μ＇

三、結論

Fe3O4的摻雜引起了樣品電導率的變化，而電導率又極大地影響吸波材料的電磁參數。同樣，樣品的摻雜質量比例變化引起樣品的電磁參數變化。所以，我們可以通過調節磁性材料Fe3O4與苯胺的反應質量比例，可以調節復合聚苯胺的電導率，進而調節其電磁參數，最終可以調節反射系數R，并找到最大R值及最大頻寬的目的。衰減為10dB時的頻寬可達4.1HGz，具有良好的吸波性能。

參考文獻

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