聚丙烯-活化炭黑复合材料：磁致伸缩与交流电性能研究

"本文详细研究了PP(聚丙烯)/活化炭黑复合材料的磁致伸缩性能和交流电性能。通过将经过活化处理的炭黑以10%的质量分数添加到聚丙烯基体中，制备出的复合材料展现出导电性和磁致伸缩性。活化炭黑在聚丙烯基体中形成了导电网络，导致材料的交流电性能参数随频率变化呈现出特定规律。实验发现，这种复合材料具有显著的磁致伸缩效应，最大磁致伸缩应变可达1.15×10^-4(115ppm)，且应变与磁场强度成正比，与传统无机磁致伸缩材料类似。然而，不同之处在于，复合材料的磁致伸缩性能还会受到时间间隔的影响，并表现出明显的滞后效应，这是传统无机磁致伸缩材料如TbxDy1-xFe2-y所不具备的特性。该研究对于理解复合材料的电磁性能以及在相关领域的应用具有重要意义。" 在本研究中，聚丙烯（PP）与活化炭黑的复合材料是主要的研究对象。活化炭黑是指通过特殊处理增加其表面活性的炭黑微粒子，它在复合材料中起到了关键作用。当以10%的质量比例加入到聚丙烯基体中时，炭黑不仅提升了材料的导电性，还赋予了材料磁致伸缩性，即材料在磁场作用下能发生尺寸变化的特性。 交流电性能测试显示，随着频率的变化，活化炭黑在聚丙烯基体中构建了一个连续的导电网络。这意味着，当施加交流电时，电流可以有效地在复合材料内部流动，这是由于活化炭黑粒子间的有效接触和连接。这种导电网络的形成对于电子设备、传感器和其他需要导电性的应用领域有着潜在的应用价值。 磁致伸缩性能的测试揭示了三个关键现象。首先，复合材料的磁致伸缩应变显著，最大达到115ppm，这表明材料在磁场作用下可以产生较大的形变。其次，这种应变与磁场强度成正比，这与大多数无机磁致伸缩材料的行为一致，如铁磁材料。但独特的是，该复合材料的磁致伸缩性能还与时间间隔紧密相关，这在传统磁致伸缩材料中并不常见，可能表明材料内部的动态响应过程更为复杂。 此外，复合材料显示出明显的滞后效应，意味着其磁致伸缩性能在磁场的开闭循环中存在记忆效应，不同于通常被认为是典型的磁致伸缩材料，如TbxDy1-xFe2-y。这种滞后现象可能源于材料内部应力的积累和释放，或者与碳黑粒子与聚丙烯基体之间的相互作用有关。 这项研究的结果对于开发新型磁致伸缩材料和优化其在声学器件、传感器、能量转换器等领域的应用具有重要意义。通过对这些性能的深入理解和控制，可以设计出性能更优、适应性更强的复合材料，满足不同工程需求。同时，这也为材料科学领域提供了新的研究方向，探索如何通过调整复合材料的组成和工艺来调控其电磁性能。