陳翔峰，陳國華，吳大軍，吳翠玲，徐金瑞
(華僑大學材料科學與工程學院，福建泉州362011)
The preparation of AS/graphite nanosheets conducting nanocomposites
CHEN Xiang-feng, CHEN Guo-hua, WU Da-jun, WU Cui-lin, XU Jin-rui
(College of Materials Science and Engineering, Huaqiao University, Quanzhou 362011, China)
Abstract：In the paper, graphite nanosheets (FG) were prepared by treating the expanded graphite with sonication in aqueous alcohol solution. Nanocomposite of AS and the modified graphite nanosheets were prepared via single-screw extruder. The measured percolation threshold of AS/FG nanocomposite at room temperature was 9~10wt%.
Key words：foliated graphite；nanocomposite；conducting polymer
摘要： 通過把膨脹石墨進行超聲處理制備了石墨納米薄片（FG）。并對擠出成型制備AS/石墨納米薄片導電復合體系的工藝過程進行了研究，測試了納米復合材料的滲濾閾值，其滲濾閾值為9~10%（質量分數）。
關鍵詞：石墨納米薄片；納米復合；導電高分子
中圖分類號：TB33 文獻標識碼：A
文章編號：1001-9731（2004）增刊-1007-02
1 引言
以前，在實際生產中，制備導電復合高分子材料的方法主要是模壓法。用此法制備的導電復合高分子材料，填料容易在基體中形成導電網絡，因此所制備復合材料的導電效果較好。但這種方法生產效率低，不能連續生產。而在聚合物加工領域，采用擠出機進行機械共混是一種簡單而經濟的方法。其設備簡單，制造技術成熟，投資少，易操作，具有其它共混方法如雙輥混煉法、模壓法所不能替代的優越性。所以我們嘗試通過超聲分散工藝制備的納米石墨薄片與高分子材料復合擠出，成功制備了聚合物/石墨納米薄片導電復合材料。
本文采用單螺桿擠出機擠出制備了AS/FG導電納米復合材料，并對其分散性與導電性進行研究。
2 實驗
2.1 納米石墨薄片的制備[1~3]
制備好的膨脹石墨浸入適量的70%酒精水溶液中，然后通過水浴超聲8~12h。把超聲分散后的石墨納米薄片抽濾、干燥備用。
2.2 樣品的制備
把AS和一定量制備好的石墨納米薄片混合，制備改性納米石墨，并把改性納米石墨切成細粒，與一定比例的AS混合后，直接放入單螺桿擠出機中擠出，擠出物室溫冷卻。
2.3 樣品的測試
我們從擠出樣品的不同部位各取下幾段（每段約25mm）進行電阻測試。對于電阻大于2×102MΩ的樣品，采用ZC-36高阻儀測試；而對于電阻小于2×102MΩ的樣品，則采用萬用表測試。（測試裝置如圖1所示）
3 結果與討論
3.1 石墨納米薄片的結構
圖2所示的是超聲后石墨納米薄片的掃描電鏡圖。
從圖中我們可以看到，膨脹石墨被完全超聲分散，形成厚度為30~80nm，直徑為0.5~20µm的石墨納米薄片。這樣制備的石墨納米薄片具有約100~500的高徑厚比。另外，通過透射電鏡，我們還發現在納米石墨薄片內也存在一些厚度約為2~5nm的更薄的石墨納米薄片[3]。
3.2 材料導電性測試
由納米石墨薄片與AS混合擠出的樣品，所測得的體積電阻率如圖3所示。
從圖中可看出，納米石墨薄片的含量對納米復合材料的導電性有著很大的影響。當FG含量小于9%時，納米復合材料的體積電阻率隨著FG含量的增加而較為緩慢地下降。而當FG含量為9%~10%時，納米復合材料的體積電阻率迅速降低。這可以用隧道效應[4]來解釋，在此區域內，納米石墨薄片間逐漸形成相互接觸，有些電子流動受勢壘所制約。但由于石墨片間距離比較近，一部分電子具有足夠能量能夠越過勢壘而與另一石墨片上的電子相接觸，從而產生了隧道導電效應。另外我們也可以看出，高的納米石墨薄片徑厚比對材料體積電阻率的影響，它可以使石墨片間的相互接觸幾率大大增加，更容易形成導電網絡。在石墨納米薄片含量較低時，薄片間的距離較遠，不能形成導電網絡；而在此區域內，高徑厚比的石墨薄片開始相互接觸，逐步形成導電網絡，所以材料的體積電阻率急劇下降。當FG含量大于10%時，由于納米石墨薄片間逐漸形成完善的導電網絡，故納米復合材料的電阻隨FG的增加而緩慢降低。從而可以看出，擠出制備的AS/FG納米復合材料的滲濾閾值在10%左右。
綜上，我們可以看出，由擠出法制備的AS/FG納米導電復合材料具有效率高，操作簡便，滲濾閾值較低等特點。
另外，還有其它因素也會影響材料的導電性能，如石墨納米薄片的改性技術、加工溫度、加工粘度[5,6]、擠出時螺桿的轉速[7]等。
參考文獻：
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[7] Chen Z L, Chao P Y, Chiu S H. Proposal of an empirical viscosity model for quality control in the polymer extrusion process.[J]. Polym Testing, 2003, 22:601-607.
基金項目：國家自然科學基金資助項目（20174012）
作者簡介：陳翔峰（1978－），男，福建人，泉州國立華僑大學碩士研究生。
論文來源：中國功能材料及其應用學術會議,2004年,9月12-16日
