用于超级电容器的粘结剂性能研究

为了研究粘结剂成分及含量对超级电容器性能的影响,制备了活性炭、碳纳米管、PTFE和PVDF质量比为7∶1∶1∶1的电极,其首次放电比电容为193.18F/g,30次循环后比电容保持率高达95.0%。该电极在2A/g时比电容为146.12F/g,电极的能量密度和倍率性能均高于未添加PVDF的电极。表明高粘度PVDF粘结剂可以使电极片表面光滑具有良好的韧性。但当PVDF和PTFE的质量比为2∶1时,电极片中过多的PVDF发生团聚,形成导电聚集体,使得超级电容器在大电流下易被击穿,能量密度显著下降。     

全固态Ag/AgCl参比电极的制备及性能测试

提出了一种全固态Ag/AgCl参比电板的制备方法,测试了该参比电极的稳定性、重现性、可逆性、响应时间及温度对电极的影响.实验结果表明,该电极电位稳定在40 mV,响应时间在30 s以内,具有重现性、可逆性好,使用寿命长,温度影响小等特点,可替代饱和甘汞和传统Ag/AgCl参比电极.     

纳米AgCl粉末制备高稳全固态Ag/AgCl电极

通过自行设计的制备工艺获得了纳米AgCl粉末,并对其进行了TEM和XRD表征.以此粉体为原料制备了全固态Ag/AgCl电极,采用电子探针和扫描电镜对其表面形貌进行了观察,测试了电极组的自噪声和极差稳定性.结果表明,实验获得了分散性较好的纳米晶体AgCl粉末,所制备电极表面Ag与AgCl呈均匀相间分布态势,接触尺寸达到了分子-原子级别.3.5%NaCl溶液中,电极组的自噪声处于微伏量级,长期极差稳定性优良,可用于海洋环境电场近场区域的准确测量.     

等离子体引发聚四氟乙烯(PTFE)膜接枝丙烯酸改性研究

利用Ar气氛等离子体为引发手段对PTFE膜进行表面处理,最终实现了在PTFE膜表面接枝丙烯酸.通过XPS和ATR-FTIR对改性膜进行表面分析,表明在PTFE膜的表面形成一层聚丙烯酸(pAAc)薄膜.实验证实PTFE-g-pAAc膜的表面亲水性及表面稳定性较好,克服了等离子体改性效果不稳定的缺点.本研究拓展了PTFE膜材料在其他各相关领域的应用,具有较好的实用价值.     

聚四氟乙烯填充PA1010的摩擦磨损性能研究

以注塑成型法制备了聚四氟乙烯(PTFE)填充PA1010复合材料,利用M-2000磨损试验机测试了该复合材料与GCr15轴承钢对摩时的摩擦磨损性能,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样磨损表面形貌.结果表明:PTFE填充PA1010可显著改善尼龙复合材料的摩擦磨损性能.w(PTFE)为25%时,复合材料的摩擦学综合性能最佳.复合材料的摩擦系数和磨损体积随施加载荷、滑动速度的增加分别呈现降低和增加的趋势.在200 N载荷下,复合材料磨损主要为磨粒磨损;在400 N载荷下,磨损表现为黏着磨损和磨粒磨损共同作用.在滑动速度为0.21 m/s时,材料摩擦表面因挤压发生塑性流变,其磨损机理为磨粒磨损;在滑动速度为0.84 m/s,复合材料因热疲劳和应力疲劳发生剥层,磨损机理转变为疲劳剥层磨损.     

对偶表面粗糙度对Nano-SiO2改性PTFE复合材料摩擦学性能的影响

为了研究干摩擦条件下对偶面粗糙度对纳米粒子填充改性聚四氟乙烯(PTFE)摩擦学性能的影响,采用冷压成型、热烧结的工艺方法制备nano-SiO_2填充改性PTFE复合材料;采用LSR–2M型往复摩擦磨损试验机评价了nano-SiO_2改性PTFE复合材料与具有3种不同表面粗糙度的对偶钢块(GCr15)之间的摩擦学特性;利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分别表征了转移膜及磨屑的形貌、微观结构以及化学成分,从微观角度揭示nano-SiO_2改性PTFE复合材料的摩擦转移机理。试验结果表明:纯PTFE及不同含量nano-SiO_2改性PTFE复合材料的摩擦系数随着对偶钢块表面粗糙度的增大整体呈现增大趋势,在粗糙度Ra为0.1的对偶表面上复合材料的摩擦系数随着nano-SiO_2含量的增加变化相对较小;在3种不同粗糙度对偶表面上,nano-SiO_2的加入均有效降低了PTFE的磨损体积,当填充比例为0.5%时复合材料在粗糙度Ra为1.2的对偶面上摩擦学性能最佳,磨合时间比纯PTFE缩短了近10 min,耐磨性比纯PTFE提高了33.3%;复合材料中nano-SiO_2的含量与对偶表面粗糙度存在一定的协同效应,即填充适量nano-SiO_2的PTFE复合材料与具有一定表面粗糙度的对偶钢块组成的摩擦配副能有效促进复合材料的摩擦转移,并能在对偶表面形成覆盖率高、均匀、连续、表面较粗糙且与摩擦方向趋向一致的转移膜,有利于降低材料的磨损。     

巯基乙酸自组装膜修饰金电极的制备与电化学表征

利用自组装技术将巯基乙酸固定在金电极表面形成巯基乙酸自组装膜修饰金电极,并利用循环伏安法初步研究了该自组装单分子膜修饰电极的电化学行为。结果表明,巯基乙酸在金电极表面具有特性吸附,形成具有一定致密性的吸附层,使电极的双电层电容降低。以[Fe(CN)6]3-/4-氧化还原电对为探针考察了巯基乙酸自组装膜修饰金电极的电化学性质,巯基乙酸自组装膜的存在对[Fe(CN)6]3-/4-的电子转移起了明显的阻碍作用。     

自供电山体滑坡监测传感器的研制及应用

偏远山区作为滑坡易发区,受限于供电困难和安装成本高等问题,难以普及设站观察、卫星遥感等山体滑坡监测方法,为此提出一种基于摩擦纳米发电机（triboelectric nanogenerator, TENG）的自供能传感器,用于预警山体滑坡．该传感器为圆管状自供能传感器,使用聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene,PTFE）和铝（Al）作为传感单元的摩擦层,通过圆管内外磁铁的磁力作用使两摩擦层接触并跟随磁铁发生相对滑动．通过COMSOL软件仿真分析该传感器工作原理,并设计实验确定摩擦层材料宽度最优值．该自供能传感器具有磁体材料驱动内部TENG的新颖的结构和传感机制,分析其在不同相对滑动速度和分离距离下的输出电信号可得,当相对滑动速度为0.05 m/s时,输出电压为1.31 V,输出短路电流为0.17μA．在实验室模拟山体滑坡时,该自供能传感器输出电压为2.5 V,能够准确检测滑坡位置．研究拓展了TENG在地质灾害监测领域的发展和应用,为构建自供能传感器和自驱动系统提供了良好的选择．     

具有隔离-双逾渗结构的PVDF/LLDPE/CB导电复合材料制备及其PTC性能

利用聚偏氟乙烯(PVDF)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)熔点之间的差异,以纳米级的PVDF粉体、LLDPE和导电炭黑(CB)为原料,在高于LLDPE熔融温度(120℃)但低于PVDF熔融温度(160℃)的条件下,通过简单的熔融共混成功制备了具有"隔离-双逾渗"结构的PVDF/LLDPE/CB导电复合材料。首先使用低熔点的LLDPE作为CB载体,制得LLDPE/CB母料,再利用LLDPE熔点远低于PVDF熔点的特点,将LLDPE/CB母料与PVDF粉体135℃熔融共混,在此温度下,LLDPE是熔体,而PVDF仍可保持颗粒状,从而将可流动的熔体状LLDPE/CB包裹于PVDF颗粒表面,制备了低逾渗值(质量分数2.299%)的PVDF/LLDPE/CB复合材料。所得到的复合材料具有显著的正温度系数(PTC)效应,温度上升到LLDPE熔点附近时,电阻率对温度变化敏感,升高了4个数量级,而且经过多次热循环之后,PTC重复性较好。这种复合材料可以用作温度传感器电阻,在温度过载保护领域有潜在的应用。     

聚偏氟乙烯/银粉复合材料的介电性能研究

采用熔压法,将聚偏氟乙烯(PVDF)和超细银粉(Ag)复合,制备了PVDF/Ag复合材料。通过阻抗分析测试了复合材料的电性能,并用扫描电镜表征了复合材料的微观形态。结果表明,随着Ag粉体积分数的增加,复合材料的介电性能提高。当银粉体积分数15.5%,频率在100 Hz时,复合材料的介电常数可达58。在频率为102~105Hz下,复合材料的介电常数表现出较好的频率稳定性,同时低的无机填充量,使PVDF/Ag保持了聚合物理想的柔韧性。