纳米铜/石蜡温敏复合材料性能研究及测试装置开发

论文摘要

温敏材料集传感、驱动和材料结构于一体,具有感知、驱动和自动控制等功能,被广泛的应用于驱动、传动和控制元件等工程中。金属/聚合物温敏复合材料因其良好的膨胀性、导热性及不定型性,具有广阔的应用前景。因此探讨和研究温敏复合材料的各种性能,更好的保证该种材料在感温元件中的导热性、准确性和稳定性显得尤为重要。本文采用高能球磨法制备纳米铜/石蜡温敏复合材料,利用热压成型工艺把其压制到玻璃圆柱管内,通过SEM、TEM、FI-IR等分析手段观察复合颗粒的微观形貌、颗粒形状、结构等,并且通过自制的实验测试装置测试了温敏复合材料的膨胀性、温敏性及稳定性。本文的主要工作和成果如下:1.通过高能球磨的的方式制备的复合颗粒包覆效果很好,颗粒之间排列致密,球磨80h的复合颗粒通过超声分散后,粒径可达到140nm左右,球磨120h的复合颗粒粒径可以达到30nm,呈不规则体形,存在部分团聚现象。2.设计并且使用自制的热膨胀性能实验装置和热温敏性能实验装置分别测量温敏复合材料的膨胀性、稳定性和温敏性。实验装置的核心是分别利用两台控制仪连接到计算机,通过上位机软件读出温敏复合材料的位移和温度。3.通过改变铜粉和石蜡的质量比,不同熔点石蜡和铜粉的混合得到高熔点石蜡和铜粉制备的温敏复合材料体膨胀率高于低熔点石蜡和铜粉制备的温敏复合材料。4.粒径140nm和30nm混合的温敏复合材料与粒径140nm,粒径30nm的温敏复合材料对比发现铜粉和石蜡质量比一定的情况下,试样体膨胀率基本相同;随着试样粒径的减小,试样热传导速度减小。各个试样在各个恒定加热温度下体膨胀率保持稳定,波动范围在0.2%以内。随着铜粉含量的增大,试样的稳定性进一步加强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米粒子
• 1.2.1 纳米粒子的特性
• 1.2.2 纳米粒子的制备
• 1.3 纳米金属/聚合物复合材料
• 1.3.1 纳米复合材料简介
• 1.3.2 金属/聚合物复合材料的制备方法
• 1.4 高能球磨法制备纳米铜/石蜡温敏复合材料
• 1.4.1 高能球磨法的机理
• 1.4.2 金属粉末的球磨
• 1.5 金属颗粒/聚合物复合材料的研究进展
• 1.6 课题的意义和主要内容
• 第2章 实验材料和试样制备
• 2.1 主要实验原料
• 2.2 实验设备
• 2.3 纳米铜/石蜡复合颗粒的制备
• 2.3.1 制备过程
• 2.3.2 球磨工艺参数选择
• 2.4 纳米铜石蜡温敏复合材料的制备
• 2.5 纳米铜/石蜡复合颗粒的测试及表征
• 2.5.1 SEM分析
• 2.5.2 TEM分析
• 2.5.3 红外光谱（FI-IR）分析
• 第3章 实验装置的开发及使用
• 3.1 引言
• 3.2 热膨胀性能测试实验装置
• 3.2.1 硬件部分
• 3.2.2 软件部分
• 3.3 热温敏性能测试实验装置
• 3.4 复合材料热性能的测试
• 3.4.1 复合材料传热过程的讨论和热性能的定义
• 3.4.2 传热过程中边界条件的确定及温度场的分析
• 3.4.3 热性能测试过程
• 3.5 本章小结
• 第4章 不同熔点石蜡、不同质量比纳米铜/石蜡温敏复合材料的性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 加热速率测试
• 4.3 纳米铜/石蜡复合颗粒的形貌特征与分析
• 4.4 不同熔点石蜡、不同质量比纳米铜/石蜡温敏复合材料的热膨胀性能研究
• 4.5 不同熔点石蜡、不同质量比纳米铜/石蜡温敏复合材料的热温敏性能研究
• 4.5.1 导热粒子含量的影响
• 4.5.2 导热粒子形状及界面热阻的影响
• 4.6 不同熔点石蜡、不同质量比纳米铜/石蜡温敏复合材料的热稳定性能研究
• 4.7 本章小结
• 第5章 混合粒径纳米铜/石蜡温敏复合材料的制备及性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 混合粒径纳米铜/石蜡温敏复合颗粒的制备
• 5.3 混合粒径纳米铜/石蜡温敏复合材料的制备
• 5.4 纳米铜/石蜡复合颗粒的形貌特征
• 5.5 混合粒径纳米铜/石蜡温敏复合材料热膨胀性能研究
• 5.6 混合粒径纳米铜/石蜡温敏复合材料热温敏性能研究
• 5.6.1 纳米材料的热输运过程
• 5.6.2 导热粒子粒径的影响
• 5.7 混合粒径纳米铜/石蜡温敏复合材料热稳定性能研究
• 5.8 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果