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HDPE/GN纳米复合导电材料具有良好的导电性能和机械性能,并且具有许多优良的功能特性。本论文主要研究了HDPE/GN导电复合材料的导电机制以及在压力、温度外场作用下电导的非线性行为,着重考察了相应的机理以及相关的影响因素。 纳米石墨具有微米级径度(5-20μm),纳米级厚度(40nm),因此有较大的径厚比,有利于在高分子基体中形成导电通道,大大降低了复合体系导电的渗滤阈值。通过双辊剪切加工而成的HDPE/GN复合导电材料,由于纳米石墨微片形态的特殊性,使得复合体系具有较低的渗滤阈值。另外由于石墨微片在基体中的强烈取向,复合材料中的导电网络变得有序化,使得复合材料显示出强的电导各向异性。 HDPE/GN复合材料电阻对压力场具有强的非线性响应。压阻效应主要是由外场压力直接导致的导电网络结构变化所造成的,包括在低压作用下的NPCR效应和在高压作用下的PPCR效应。NPCR与PPCR效应是导电网络结构重建与破坏相互竞争的结果。对于HDPE/GN复合体系,存在着一个NPCR/PPRC效应转变的临界压力。随着压力的增大,压阻效应逐渐从NPCR向PPRC效应转变。由于体系渗滤阈值低,纳米石墨导电微片在复合材料中的含量较少,因此HDPE/GN复合材料具有较强的压阻效应。通过量子隧道理论对HDPE/GN复合材料的压阻效应进行研究表明,该体系在压力作用下,材料电阻的非线性响应能很好地通过量子隧道导电理论来进行描述。 HDPE/GN复合材料的压阻效应与许多影响因素有关。凡是能影响导电网络变化程度的因素都会影响复合材料电阻对压力的响应程度。由于导电填料浓度的大小直接影响复合材料导电通路的密度,所以与复合材料的压阻效应密切相关。除此之外,所施加压力的大小,压缩的次数等因素都会直接影响导电网络的变化情况,从而影响复合材料的压阻效应。由于高分子基体具有蠕变特性,因此HDPE/GN复合材料的压阻效应还与压缩时间有关,具有很强的时间依赖性,且压阻效应的时间依赖性与固定压力大小、GN浓度等因素有关。另外第三基体组分的加入改变了纳米石墨片在基体中的分布形态以及材料的结晶度,因此也会影响复合材料的压阻效应。