多壁奈米碳管/聚乙烯醇高分子複合材料合成與物性分析研究

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研究生：	李惠菁 Hui-Ching Li
論文名稱：	多壁奈米碳管/聚乙烯醇高分子複合材料合成與物性分析研究 Synthesis and Physical Properties Analysis of Multi-Walled Carbon Nanotube/PVA Composites
指導教授：	徐文光 Wen-Kuang Hsu
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2008
畢業學年度：	96
語文別：	中文
論文頁數：	65
中文關鍵詞：	多壁奈米碳管、聚乙烯醇、複合材料、高分子
外文關鍵詞：	MWCNT, PVA, composites, polymer
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本實驗利用四線量測以獲得較可信賴的數據(其中PVA高分子導電率約為文獻值的2.5倍)。並驗證不同濃度多壁奈米碳管下的MWCNT/PVA複合材料，其導電率可合適地利用percolation理論解釋；即在此複合材料中的導電率有明顯從絕緣區跳躍到導電區的現象，亦因為MWCNT的高寬長比，MWCNT/PVA複合材料呈現出二維性質的導電網絡。
在室溫量測下，可得知電子傳遞主要為CNT間的躍遷(hopping)模式。其中加入硫酸鐵的MWCNT/PVA複合材料中，配位物陽離子提供第二個導電網絡減少電子間hopping所需的位能障礙。MWCNT/PVA複合材料的電磁波遮蔽效應及機械性質和導電率的關係密切，均與碳管濃度相關。

(註：MWCNT為多壁奈米碳管；PVA為聚乙烯醇)

總目錄
中文摘要...........................................................................................................................I
英文摘要..........................................................................................................................II
總目錄.............................................................................................................................III
圖目錄.............................................................................................................................VI
表目錄..........................................................................................................................VIII
第一章    實驗動機與目的.....................................................................................1
第二章    文獻回顧….................................................................................................2
2-1奈米碳管的結構與特性.............................................................................................2
2-2奈米碳管的基本電性...................................................................................………..3
2-3奈米碳管的合成.........................................................................................................5
2-3-1石墨電擊直流電弧放電法.............................................................................5
2-3-2化學氣相沉積流動法.....................................................................................6
2-3-3雷射蒸發法.....................................................................................................7
2-4高分子及聚乙烯醇(PVA)簡介..................................................................................8
    2-4-1高分子.............................................................................................................8
    2-4-2聚乙烯醇(PVA)...............................................................................................9
2-5四點探針原理及四線量測.......................................................................................10
    2-5-1四點探針原理...............................................................................................10
    2-5-1-1塊材材料....................................................................................................10
    2-5-1-2薄膜材料....................................................................................................11
    2-5-2四線量測.......................................................................................................13
2-6 Percolation理論........................................................................................................14
2-7纖維填充物強化機制...............................................................................................18
    2-7-1強化機制.......................................................................................................18
    2-7-2奈米碳管與其複合材料的機械性質...........................................................23
2-8電磁遮蔽效應原理...................................................................................................25
2-9紅外光譜基本原理...................................................................................................28
第三章    實驗步驟與結果討論........................................................................34
3-1實驗藥品與器材.......................................................................................................34
3-2實驗步驟...................................................................................................................35
3-3實驗流程...................................................................................................................37
3-4-1實驗一(電性量測) 實驗結果與討論…..............................................................38
    3-4-1-1 MWCNT/PVA試片...................................................................................38
    3-4-1-2 、 、 、 /MWCNT/PVA試片..............41
3-4-2實驗二(電磁遮蔽效應量測) 實驗結果與討論..................................................46
3-4-3實驗三(拉伸試驗) 實驗結果與討論..................................................................49
3-4-4實驗四(磁性試驗) 實驗結果與討論..................................................................53
3.4.5實驗五(傅立葉紅外光譜量測) 實驗結果與討論...............................................56
    3.4.5.1 /MWCNT/PVA複合材料試片...............................................56
    3.4.5.2 /MWCNT/PVA複合材料試片.................................................57
    3.4.5.3 /MWCNT/PVA複合材料試片.......................................................58
    3.4.5.4 /MWCNT/PVA複合材料試片........................................................59
第四章    結論..............................................................................................................61
參考資料…...............................................................................................................62








圖目錄
圖2.1.1 CNT螺旋性向量表示示意圖............................................................................3
圖2.1.2 CNT的結構(a) 扶椅型(b) 鋸齒.......................................................................3
圖2.2.1 CNT二維及三維骨架........................................................................................4
圖2.2.2 石墨晶格及倒晶格以及能階............................................................................5
圖2.3.1電弧放電法示意圖..............................................................................................6
圖2.3.2 化學氣相沉積流動觸媒法................................................................................7
圖2.3.3 雷射蒸發法示意圖............................................................................................7
圖2.5.1 四點探針量測示意圖......................................................................................10
圖2.5.2 塊材材料中四點探針量測示意圖..................................................................10
圖2.5.3 薄膜材料中四點探針量示意圖......................................................................11
圖2.5.4 薄膜材料中四線量測示意圖..........................................................................12
圖2.5.5 四線量測有效面積示意圖..............................................................................12
圖2.7.1 複合材料應力和填充物的體積比率關係......................................................21
圖2.7.2 沿填充物方向上的軸向力關係圖..................................................................22
圖2.7.3 CNT在不同情況下的變形形狀......................................................................24
圖2.7.4 CNT-高分子複合材料斷裂階段......................................................................24
圖2.8.1 電磁波入射屏蔽材料後行為..........................................................................26
圖2.9.1 硫酸根的配位情況..........................................................................................31
圖3.2 10 wt % MWCNT/PVA複合材料試片...............................................................36
圖3.3 實驗流程.............................................................................................................37
圖3.4.1.1 不同CNT濃度( )與 關係.................................................................38
圖3.4.1.2 在導電區中啟動值附近 與 關係..........................................39
圖3.4.1.3 在絕緣區中啟動值附近 與 關係…......................................39
圖3.4.1.4 不同濃度  或 與 關係...........................................................40
圖3.4.2.1 不同MWCNT濃度下的電磁波屏蔽效益..................................................46
圖3.4.2.2 導電率與電磁波遮蔽效應關係...................................................................46
圖3.4.3.1 MWCNT體積濃度和斷裂強度關係............................................................49
圖3.4.3.2 MWCNT重量濃度和楊氏係數關係............................................................50
圖3.4.3.3 10wt % MWCNT/PVA斷裂面(X20K).........................................................50
圖3.4.3.4 10 wt % MWCNT/PVA (X20K)....................................................................51
圖3.4.3.5 10 wt % MWCNT/PVA (X10K)....................................................................51
圖3.4.4.1 MWCNT/PVA試片在130K~300K的EPR曲線..........................................53
圖3.4.4.2 1 wt % /MWCNT/PVA試片在130K~300K的EPR曲線...........53
圖3.4.5.1 MWCNT/PVA及 /MWCNT/PVA的FTIR................................56
圖3.4.5.2 MWCNT/PVA及 /MWCNT/PVA的FTIR.........................................57


表目錄
表3.4.1.1 不同濃度MWCNT/PVA複合材料的電阻率與導電率.............................38
表3.4.1.2 不同濃度 /MWCNT/PVA複合材料的電阻率與導電率..........41
表3.4.1.3 不同濃度 /MWCNT/PVA複合材料的電阻率與導電率................41
表3.4.1.4 不同濃度 /MWCNT/PVA複合材料的電阻率與導電率..................42
表3.4.1.5不同濃度 /MWCNT/PVA複合材料的電阻率與導電率..........42
表3.4.2 在不同MWCNT濃度及不同 濃度下的EMI測試結果..............47
表3.4.3在溫度攝氏二十度且濕度為六十五，MWCNT/PVA複合材料的機械性質.....................................................................................................................................49
表3.4.4.1在130K~300K，MWCNT/PVA的自旋密度.................................................53
表3.4.4.2在130K~300K，1 wt % /MWCNT/PVA的自旋密度..................53
表3.4.5.1 MWCNT/PVA及 /MWCNT/PVA FTIR的峰波數....................56
表3.4.5.2 MWCNT/PVA及 /MWCNT/PVA FTIR的峰波數......................58
表3.4.5.3 MWCNT/PVA及 /MWCNT/PVA FTIR的峰波數...........................59
表3.4.5.4 MWCNT/PVA及 /MWCNT/PVA FTIR的峰波數.............................60

                                

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