摘 要:為提升硅橡膠的介電與力學(xué)性能,將零維的納米洋蔥碳(OLCs)和二維的氮化硼（CY-HBN）納米片(BN)同時添加到硅橡膠(SR)中來制備 OLCS/BN/SR復(fù)合材料。通過對所制備的復(fù)合材料進行系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)填料能均勻地分散在聚合物基體中,且OLC/BN/SR復(fù)合材料的介電性能和力學(xué)性能明顯增強。當1.2%的納米洋蔥碳和9%的氮化硼（CY-HBN）納米片添加到硅橡膠時,復(fù)合材料的介電常數(shù)增加到7.31,而介電損耗則低至0.00152。這主要是因為不同填料之間的協(xié)同作用增強了填料在聚合物基體中的分散性以及復(fù)合材料中增強的界面極化效應(yīng)。復(fù)合材料也顯示出良好的柔韌性,即斷裂伸長率為748 %,而彈性模量則為227kPa。因此,不同維度的低維填料之間的協(xié)同作用,能使得復(fù)合材料表現(xiàn)出的高介電常數(shù)、低介電損耗以及低彈性模量。

前言

硅橡膠由于其熱穩(wěn)定性、抗氧化和紫外、極低的介電損耗等優(yōu)是性能而被作為介電彈性體材料，吸引了廣大研究者的注意力。由于硅橡膠的非極性特性其介電常數(shù)還有待進一步提高。通常采用添加無機陶瓷填料或?qū)щ娞盍系姆绞絹碓鰪姽柘鹉z的介電常數(shù)，。但陶瓷填料需要較多,且會對復(fù)合材料的力學(xué)性能尤其是彈性模量造成影響。導(dǎo)電填料只需少量,但導(dǎo)電填料尤其是低維納米碳材料,如一維碳納米管、二維石墨烯等,很容易團聚,從而影響復(fù)合材料的性能。

為了解決納米填料在聚合物基體中的團聚現(xiàn)象，有研究采用不同維度填料之間的相互協(xié)調(diào)作用,來增強填料在聚合物基體中的分散性。不同維度的碳納米材料如二維石墨烯、一維碳納米管、零維炭黑及其雜化填料能顯著增強硅橡膠的力學(xué)、熱學(xué)及電學(xué)性能等如通過球磨法將二維石墨烯和零維鈦酸鋇加入氟硅橡膠中,明顯提升了復(fù)合材料的介電和力學(xué)性能!。因此,不同維度的低維納米填料之間的相互作用,能改善填料在聚合物基體中的分散性,進而提升復(fù)合材料的性能。

納米洋蔥碳最早是由 Ugarte 于1992年發(fā)現(xiàn)的,其具有獨特的中空籠狀及同心石墨層結(jié)構(gòu),在電化學(xué)儲能、電磁屏蔽、超導(dǎo)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用潛能…3。采用納米洋蔥碳可增強聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚苯乙烯等聚合物的介電性能。因此,作為一種零維的碳材料,納米洋蔥碳也能顯著增強聚合物基復(fù)合材料的介電性能。同樣地,納米洋蔥碳在聚合物基體中很容易發(fā)生團聚,且將納米洋蔥碳作為填料在增強硅橡膠介電性能的研究鮮有報道。氮化硼（CY-HBN）納米片是一種具有六方結(jié)構(gòu)的二維納米片狀材料,其具有良好的導(dǎo)熱性,也被用作第三相在增強聚合物基復(fù)合材料的介電性能!45。本研究中,為了提高硅橡膠作為介電彈性體材料應(yīng)用的可能,將零維納米洋蔥碳和二維氮化硼（CY-HBN）納米片同時作為填料,研究氮化硼（CY-HBN）納米片對復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明,所制備的硅橡膠復(fù)合材料顯示出較好的介電和力學(xué)性能。

結(jié)論

(1)不同維度填料之間的相互協(xié)調(diào)作用,使得納米洋蔥碳和氮化硼（CY-HBN）納米片較均勻地分散在硅橡膠基體中,對應(yīng)的硅橡膠復(fù)合材料具有高達 400 ℃以上的熱穩(wěn)定性;

(2)當硅橡膠添加1.2%的納米洋蔥碳和9%的氮化硼（CY-HBN）納米片時,復(fù)合材料在1kHz時的介電常數(shù)為7.31,且介電損耗保持在較低的范圍,即遠低于0.002:此外,復(fù)合材料顯示出明顯增強的力學(xué)性能,即拉伸強度為 586 kPa,斷裂伸長率為748 %,而彈性模量低至227 kPa;

(3)納米洋蔥碳和氮化硼（CY-HBN）納米片的加人,促進了彼此在硅橡膠中的分散,增強了復(fù)合材料中的界面極化效應(yīng),提高了復(fù)合材料的介電與力學(xué)性能。