一、研究背景

聚合物由于其低成本、易于加工和可重復(fù)性而被廣泛使用。后一種特性的結(jié)合以及一種或兩種納米尺寸的納米填料的廣泛可用性導(dǎo)致了聚合物納米復(fù)合材料的發(fā)展，其性能得到了改善，并具有新的潛在應(yīng)用前景。納米結(jié)構(gòu)形式的碳可以被整合到聚合物材料中，賦予自感特性、防/除冰能力、自動(dòng)修復(fù)功能、粘接特性、耐久性等。到目前為止所描述的特性可以用于實(shí)現(xiàn)“智能”材料，這些材料能夠?qū)Ω鞣N性質(zhì)的外部刺激（輸入）做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)（輸出），例如物理、機(jī)械、電氣、化學(xué)、熱、光學(xué)等。傳感器集成系統(tǒng)，如應(yīng)變，壓力和溫度的傳感變化，可以很容易地建立一個(gè)輕量級(jí)的結(jié)構(gòu)，不需要額外的設(shè)備，滿足工業(yè)應(yīng)用在民用，機(jī)械和航空航天工程的要求。在這種情況下，本研究旨在生產(chǎn)一種基于多壁碳納米管（MWCNTs）的復(fù)合材料，作為一種智能系統(tǒng)，可以用作加熱元件，同時(shí)保持結(jié)構(gòu)性能。

二、摘要

研究了具有加熱性能的環(huán)氧樹(shù)脂碳納米管，通過(guò)改變外加電壓值來(lái)調(diào)節(jié)其加熱性能。通過(guò)閃蒸焦耳加熱裝置，能在短時(shí)間內(nèi)加熱到高溫，可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。電熱研究表明，在環(huán)氧基玻璃化轉(zhuǎn)變溫度方向上，存在正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）行為，且NTC趨勢(shì)占主導(dǎo)地位。

三、結(jié)論

本文研究了一種用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的加熱納米復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，通過(guò)使用閃蒸焦耳加熱裝置，當(dāng)施加適當(dāng)?shù)墓β手禃r(shí)，材料能在很短的時(shí)間內(nèi)升溫至高溫。此外，加熱試驗(yàn)還證明了電阻與聚合物鏈松弛現(xiàn)象的關(guān)系。在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以下，PTC 趨勢(shì)占主導(dǎo)地位，而在玻璃轉(zhuǎn)化溫度附近，NTC 行為占主導(dǎo)地位。

圖1.a)環(huán)境溫度下不同外加電壓值下時(shí)間與溫度的關(guān)系；B)不同外加電壓下的升溫速率；C)不同外加電壓下的最高溫度值；在施加電壓為90 V時(shí)，樣品中心區(qū)域在不同加熱時(shí)間下的熱圖像：d) 60 s, e) 300 s, f) 3600 s。

圖2.a)溫度行為（即溫度左縱軸）和電阻變化（即ΔR/R0，右縱軸）相對(duì)于施加電壓值為180 V時(shí)的加熱時(shí)間；b)損耗因子（tan δ）隨溫度的變化；c)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近區(qū)域的增大。