碳纳米管与炭黑混合填充聚合物复合材料的导电特性和渗流阈值研究

"两种碳材料混合填充聚合物复合材料的导电特性及渗流阈值的计算模型 (2011年)" 这篇论文深入探讨了碳纳米管与炭黑（或石墨）混合填充的聚合物复合材料的导电特性和渗流阈值的计算模型。在复合材料领域，导电性能的提升往往依赖于填料的选取和分布，而碳纳米管和炭黑由于其优异的导电性能，常被用于增强聚合物的导电性。当这两种材料混合填充时，复合材料的导电特性会呈现出新的特点。 论文首先介绍了混合填充聚合物复合材料的导电特性，指出这种特性主要取决于碳纳米管和炭黑颗粒在聚合物基体中的分散状态和相互作用。碳纳米管因其独特的结构，能够形成高效的导电网络，而炭黑颗粒则通过接触点形成导电通路。两种填料的协同作用使得复合材料的导电性能显著提高。 接着，论文阐述了混合填充体系的导电机理。在低填料浓度时，复合材料表现出绝缘性质，随着填料浓度增加，当达到一定阈值时，填料之间形成连续的导电链路，导致材料从绝缘状态转变为导电状态，这一转变被称为渗流现象。渗流阈值是衡量复合材料导电性能的关键参数。 为了计算渗流阈值，论文引用了线性混合规则和已占体积理论。线性混合规则假设两种填料对导电性的贡献可以线性叠加，而已占体积理论则考虑了填料颗粒之间的空间排布，即填料占据的体积比例对导电性能的影响。然而，论文发现这些模型的计算结果与实验数据存在差异，主要是因为混合填充时，碳纳米管和炭黑颗粒的排列方式不同于单独填充的情况，这可能导致实际的导电网络结构与理论模型不符。 针对这一问题，论文提出了一种新的计算方法——“移走长度等量代换”思路。该思路考虑了碳纳米管和炭黑颗粒在混合填充体系中的排列变化，通过对填料间的相互作用进行修正，重新推导了渗流阈值的计算公式。新公式能够更好地反映实际实验结果，计算值与实验测量值有较好的一致性。 这篇论文为理解和优化碳纳米管与炭黑混合填充聚合物复合材料的导电性能提供了理论基础和计算工具，对于设计具有特定导电特性的复合材料具有重要的指导意义。研究结果对于材料科学、电子封装、传感器技术等领域都有潜在的应用价值。