机械设计专业研究生开题报告模板

硕士研究生学位论文开题报告

研究生姓名：

学号： 201708520121024

学位类别：全日制专业学位

学科专业：机械工程

研究方向：石墨3D打印及其工程应用技术

指导教师

姓名、职称：吴海华教授

所在学院：机械与动力学院

入学年月: 2017年9月

年月日

填表说明

一、开题报告除签名外，必须打印。封面用宋体4号字，内容用宋体5号字。请用A4纸正反打印，左侧装订。如表篇幅不够，可另加页。

二、“学位类别”填写：全日制学术学位、全日制专业学位、非全日制学术学位、非全日制专业学位。

三、“学科专业”填写：学术型学位填写学科全称，专业型学位填写培养领域全称。

四、开题报告一式一份，由培养单位留存。

论文题目：基于SLS的新型导电聚合物制备及其电学性能研究

1、立论依据（所选课题的科学意义和应用前景，国内外研究现状综述）：

一研究背景及意义

随着现代电子工业、信息产业和航空工业的发展，导电聚合物作为功能性新材料已引起高度重视。根据导电机理的不同，导电聚合物可分为结构型和填充型两大类，结构型导电聚合物自身具有导电性，其聚合物分子链中的共轭π 键可提供导电载流子，但结构型导电聚合物材料刚度大、难熔、难溶、成型困难、掺杂剂多数毒性大、导电稳定性差、成本较高、实用价值有限。与结构型导电聚合物相比，填充型导电聚合物不仅制备工艺相对简单、成本较低，而且导电率覆盖范围广（10-9S/cm～105S/cm），同时导电聚合物还保留了基体多样化、可加工性和比重轻等性质，满足了现代信息科技中器件尺寸的日益微型化要求错误!未找到引用源。-错误!未找到引用源。。对于填充型导电聚合物来说，只有导电填料添加量达到某一个临界值（渗滤阈值）时，导电填料在基体中自发地形成导电网络，由绝缘体变成导体，产生渗滤现象。如图1.2所示。

图1.2 渗流曲线

图中分为A、B、C三个区域，开始的A区域属于绝缘区，随着导电填料的增加电阻率呈平缓下降的趋势，此时的电阻率很高，由于绝缘体基体阻碍了本来含量很少的导电填料粒子之间的接触，导致导电通路很难形成。B区域被称作是渗流区，此时电阻率随着导电填料的逐渐增加而呈明显下降的趋势，由于填料粒子之间接触的机会增大，导电通路开始逐渐形成，C区域属于导电区，电阻率又呈平缓下降的趋势。在该区域中，随着导电填料含量继续增加，当达到相对饱和的程度，导电粒子与粒子之间紧密接触，接触电阻起决定作用，导电网络数目略有增加，是由于在此区域里已经形成稳定的导电回路[3]。随着导电填料含量不断增加，导电填料之间相互电接触机会以及形成导电网络通路数量也会增加，整个体系的导电性将得到明显的改善，但过多的导电填料会导致导电聚合物的力学性能、加工性能及其他性能恶化。这是一个矛盾，尚未得到解决，极大地限制了导电聚合物的应用和发展[5-7]。

因此，如何控制导电填料在基体材料中的分布状态是关键性技术难点，从而以较少的导电填料添加量获得良好的导电性能，减轻对聚合物其它性能的不利影响[4]。

二国内外研究现状

近年来，国内外一些研究者尝试利用各种物理/化学/机械方式控制导电填料的分散过程，已取得了令人鼓舞的进展，一系列具有独特的二维或三维网络微观结构（如图 2 所示）导电聚合物被制备出来，这些聚合物均可以在有效地保持较佳的导电性能基础上大幅度地降低体系的导电填料含量。

图1 导电颗粒自发形成导电网络图2 隔离分布法构筑二维导电网络然而，由于大多数结构在实现特殊导电结构微观形态的同时降低了生产效率和普适性，恶化了力学性能，因而又在很大程度上抵消了低的填料含量所带来的优点。在一定程度上讲，导电填料与聚合物基体的“复合”过程就是导电填料在聚合物基体内部形成或构筑导电网络的过程。当前导电网络正从自发形成到可控形成、从无序结构向有序结构方向发展[8-9]。构筑有效的导电网络结构是降低填充型导电聚合物的渗滤阈值、改善其导电性能、平衡其力学性能的根本途径之一。

近年来，国内外研究者努力探索各种有效导电网络构筑方法以降低填充型导电聚合物的渗滤阈值：

1）双逾渗法。它是指将导电填料分布于不相容共混物其中一相，且该相在整个体系中形成连续相结构的一种导电网络构筑方法。构成双逾渗体系的核心在于如何使导电填料选择性的分布于连续相中，导电填料在聚合物共混物中的不均匀分布可用建立在表面张力基础上的杨氏方程预测。双逾渗体系原理简单，结构易实现，可降低导电渗滤阀值50%左右。其缺点在于需要两组分树脂基材不相容，而不相容界面会在很大程度上降低体系的力学性能[8]。

（2）导电填料选择性分布法。它是指将导电颗粒在与不同的聚合物基材熔融共混过程中从其中一种聚合物基材逐渐迁移到另一种聚合物基材中的导电网络构筑方法。Gubbels等先将炭黑（CB）与结合力较弱的聚苯乙烯（PS）熔融共混，而后与聚乙烯（PE）共混，CB在混合过程中会由PS逐渐向PE迁徙。理论上讲通过控制加工时间，可使CB选择性分布于PE和PS两相的界面处，这种特殊的结构将传统的导电粒子3D体传导变为了2D面传导，可将CB/PE/PS聚合物的导电渗滤阀值降至0.4wt%。该方法缺点在于准确控制CB迁徙至相界面较为困难，且该结构在进一步加工过程中易被破坏。此外，导电粒子在不相容共混物界面的分布会进一步破坏整个体系的力学性能，目前该结构仅限于理论研究[9-11]。

（3）隔离分布方法。利用高黏度聚合物微粒对导电粒子的排斥作用将导电填料隔离于微粒之间(微粒尺寸远大于导电粒子尺寸)，从而形成一种独特的隔离结构的导电网络构筑方法。导电填料仅需在聚合物微粒间的狭缝内形成导电通路，整个体系便导电，因此，极大的降低了体系导电渗滤阀值。Zhang等将CB和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）粉末在高温下直接热压成型，利用UHMWPE的高黏度将CB粒子隔离成三维导电网络。这种特殊的结构可将体系导电渗滤阀值降至2.0wt%左右。Levine等利用圆球状聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末作为基体材料，通过热压成型制备了一种新颖的隔离结构，PMMA粉末在压力作用下由圆球状变为多面体，与此同时，分布于PMMA粉末表面的CB粒子被挤压至多面体的棱上，形成自组装纳米线。纳米线形成网络结构，致使体系导电。这种隔离结构将普通隔离