玻珠表面致密包覆薄Ag壳层复合粒子及其导电复合材料优化设计和可控制备

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:L_grey
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粒子填充型聚合物基导电复合材料的导电性能不仅取决于导电填料粒子的材质,也与导电填料粒子的表面形貌、粒径大小、粒径分布和填充方式等密切相关。因而对于核壳粒子来说,改善壳层形貌、厚度以及对粒径大小、分布进行合理的设计对提高聚合物基导电复合材料的性能、降低成本显得尤为重要。本学位论文针对现有银包玻珠(GM@Ag)复合粒子存在壳层不致密、壳层厚,以及其导电复合材料中填料粒子粒径复配原则不明确等问题,基于异相成核与生长原理,提出并发展双还原剂液相化学还原法,制备具有致密壳层且厚度可控的GM@Ag复合粒子;探讨银壳层厚度和致密度的控制原理,以及影响复合粒子导电性能的因素。同时引入分形理论,研究不同粒径的GM@Ag复合粒子的体积分形维数对其导电复合材料电性能的影响,阐明导电复合材料对不同粒径的GM@Ag复合粒子复配方式的依赖性规律。取得的主要研究结果如下:首先,采用硼氢化钠-葡萄糖双还原剂液相还原法制备了具有致密薄壳层的GM@Ag复合粒子。研究了在双还原剂液相还原过程中,Ag晶核在玻珠粒子表面的成核和生长行为,及其对银壳层厚度、形貌以及复合粒子电性能的影响。结果表明,银晶粒在玻璃微珠表面的成核和生长主要分为以下三个阶段:首先大量的银晶核在玻璃微珠表面形成,接着晶核各向同性生长成为银晶粒,最后银晶粒生长至互相接触后继续长大变高并填充晶粒之间的缝隙,形成完整的壳层;NaBH4的强还原性能显著提高形核速率获得高的晶核数密度并降低获得致密壳层的壳厚;葡萄糖的弱还原性可以使晶粒生长得较为缓慢、均匀,获得均一致密的银壳层;双还原剂法制备的包覆致密的GM@Ag复合粒子银含量最低可达5.1%,其环氧树脂导电胶渗流阈值为37%左右,填料体积分数为45%的导电胶体积电阻率约为7.02×10-3·cm。该GM@Ag复合粒子具有壳层薄而致密、银含量低、导电率高的特点,可广泛应用于导电复合材料领域。其次,以分形理论为指导,引入粉体粒径分布体积分形维数,对不同粒径GM@Ag复合粒子进行级配,获得具有不同分形维数的混合粉体,研究GM@Ag复合粒子粒径及体积分形维数对其环氧树脂导电胶电性能的影响。结果表明,随着粒子粒径的增大,其环氧树脂导电胶的渗流阈值增大,填充相同体积分数填料时电性能变差,但导电胶银含量大大降低;随粉体体积分形维数的增大,其环氧树脂导电胶电性能先变好后变差,在分形维数D=2.8时具有最小的体积电阻率,D=2.8的粉体相对于全部为18-25μm的粉体来说,其导电胶渗流阈值减小1.2%,达到渗流阈值时单位体积导电胶内粉体的表面积减小约20%。采用分形级配后的GM@Ag复合粒子/环氧树脂导电胶具有良好的导电性、较低的渗流阈值,并在一定程度上克服了小粒径粉体易沉降的问题。
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