電場作用下高密度聚乙烯-納米石墨微片導電復合材料非線性導電行為研究.pdf

1、研究導電復合材料在電場下的非線性導電行為特別是電擊穿行為，不僅能更好地了解導電復合材料的導電性能和機理，還可以為導電復合材料的應用提供合理、可靠的依據(jù)。本論文主要研究了高密度聚乙烯/納米石墨微片(HDPE/GN)導電復合材料在電場作用下非線性導電行為，著重研究了在電流作用下的電擊穿行為。本論文主要研究工作如下： (1)HDPE/GN導電復合材料滲濾導電行為研究。 本文以GN與HDPE熔融復合制備的HDPE/GN導電復合材料

2、作為研究對象，研究了HDPE/GN導電復合材料的滲濾導電行為。GN的含量與HDPE/GN導電復合材料電阻率之間的關系符合滲濾導電方程。HDPE/GN導電復合材料的滲濾閾值較低，說明具有較大徑厚比的GN容易在高分子基體中形成導電通路。滲濾臨界指數(shù)值與理論滲濾網(wǎng)絡普適值差異較大，說明HDPE/GN導電復合材料滲濾體系的傳輸行為是非普適性傳輸行為。 (2)HDPE/GN導電復合材料可逆非線性導電行為研究。 本文研究了HDPE/G

3、N導電復合材料在電流下的 曲線，得到非線性轉(zhuǎn)變電流密度與線性電導率之間的標度模型。標度模型指數(shù)x值的范圍在DRRN網(wǎng)絡模型預測的理論指數(shù)值范圍內(nèi)，說明引起HDPE/GN導電復合材料可逆非線性導電行為的主要機理是導電網(wǎng)絡的隧道效應。分析了HDPE/GN導電復合材料非線性導電行為偏離線性導電行為的程度，結(jié)果表明當GN的含量接近滲濾閾值時，HDPE/GN導電復合材料非線性導電行為得到增強。 (3)HDPE/GN導電復合材料臨界電擊穿行為

4、研究。 本文首先研究了電流(I≤I<,b>)作用下HDPE/GN導電復合材料的非線性響應。在電流作用下，導電復合材料內(nèi)最終達到電熱平衡狀態(tài),材料的電阻和溫度在電熱平衡狀態(tài)下達到穩(wěn)定值。研究了HDPE/GN導電復合材料電熱平衡態(tài)的非線性導電行為，電熱平衡態(tài)的非線性導電行為是導電網(wǎng)絡內(nèi)隧道效應和焦耳熱效應共同作用的結(jié)果。研究了電流作用下HDPE/GN導電復合材料的電阻熱松弛行為，熱松弛時間 隨著電流的增加而變長，熱松弛時間 在臨界擊

5、穿點發(fā)散。研究了HDPE/GN導電復合材料臨界擊穿電場，建立了臨界擊穿電場與線性電阻的標度模型。研究了GN的含量、測試樣品的大小、電擊穿的測試次數(shù)對HDPE/GN導電復合材料臨界擊穿電阻與線性電阻比值的影響，表明HDPE/GN導電復合材料的臨界擊穿電阻與線性電阻的比值為定值。 研究了不同石墨填料/HDPE導電復合材料 值，表明 值與導電填料的性質(zhì)有關。 (4)HDPE/GN導電復合材料動態(tài)電擊穿行為研究。 本文研究了在擊穿

6、電流作用下HDPE/GN導電復合材料的電阻隨時間的變化，建立電阻與時間的標度模型。研究了導電復合材料在電流作用下的電擊穿時間，建立擊穿電流與擊穿時間的標度模型。研究了HDPE/GN導電復合材料在動態(tài)電擊穿過程中溫度的變化，結(jié)果表明當HDPE/GN導電材料發(fā)生電擊穿時，HDPE的相態(tài)發(fā)生了變化。研究了在電流作用下動態(tài)電擊穿過程中HDPE/GN導電復合材料的電阻隨溫度的變化，結(jié)合溫度場下HDPE/GN導電復合材料的PTCR效應，探討了在電流

7、作用下HDPE/GN導電復合材料的電擊穿的機理。 (5)電壓作用下HDPE/GN導電復合材料自加熱行為研究。 本文研究了在自加熱效應作用下HDPE/GN復合材料的電阻和溫度對時間的依賴性。研究了電壓作用下HDPE/GN復合材料電熱平衡態(tài)的非線性導電行為，探討了電熱平衡態(tài)非線性導電行為的機理。研究了HDPE/GN導電復合材料在自加熱效應下的電開關特性，材料的電開關值隨電壓的升高而增大，電開關時間隨電壓的升高而變短。研究HDP