从功能特性的角度来看,复合材料可分为电、磁、声、光、热、摩擦、阻尼、防弹和辐射等功能复合材料。其中,导电复合材料包括聚合物基导电复合材料、压电复合材料、陶瓷基导电复合材料、水泥基导电复合材料、金属基导电复合材料、超导复合材料和导电纳米复合材料。近年来,随着纳米材料与纳米技术的飞跃式发展,不断涌现出新型的导电纳米材料,如迈克烯( MXene)、二硫化钼( MoS2)和黑磷( BP)等。然而,单一的导电纳米材料很难满足实际应用的需求。因此,通过将两种或两种以上纳米材料进行复合,利用各组分之间的协同效应,避免各成分的缺陷,实现取长补短的效果。为了充分展示国内外导电纳米复合材料的*成果,笔者基于 10多年的科研基础和教学经验编写了本书。
与复合材料相同,导电纳米复合材料通常由两种材料组成,一种是基体材料,其特点是连续相;另一种是功能体材料,其特点是分散相。本书根据基体材料的不同进行分章撰写,第二章以聚合物为基体,第三章以碳材料为基体,第四章以二维纳米材料为基体。需要特别指出的是第五章,该章节是介绍聚合物基介电复合材料。我们知道,导电纳米复合材料应用于电子器件构建时,通常也会用到介电材料,故在本书中一并撰写了介电复合材料。在本书撰写过程中,所采用的撰写体例是:先介绍单一材料的结构、性质和制备方法,其中在说明材料的性质时,尤其关注材料的导电性;接下来介绍以该材料为基体的复合材料,通过查阅大量资料,重点撰写多种复合材料的制备方法及应用领域。本书具有以下特点:
①涉及面较广。无论是单一材料种类、性质和制备方法,还是复合材料种类,制备方法和应用领域均非常全面。
②引用文献较多。几乎每一部分内容都引用 1~ 3篇相应的参考文献,可以给读者以启发和引导。
③编写体例简单,可作为工具书,以供读者参考。本书适用于从事导电纳米复合材料、电子器件研究的专业科研人员,也可作为材料科学与工程专业研究生的参考书,其基本理论和知识也完全适用于材料相关专业的本科生,帮助他们开阔视野,此外对导电纳米材料感兴趣的读者亦可从中得到诸多启发。
在编著过程中,参考了一些中文期刊和硕博论文资料,同时引用了大量的参考文献,在此一并致谢中国知网数据库,以及 Nature、Science、ACS、RSC、Elsevier和 Willey等英文数据库。此外,本书得到了北京印刷学院各级领导、科学技术文献出版社相关人员的大力支持,得到了南昌大学张小勇教授的指导,以及北京印刷学院胡堃老师等多位同事的帮助,谨此对他们表示诚挚的谢意。本书的出版,受到国家自然科学基金、北京市教委“绿色印刷与出版技术协同创新中心”项目的经费资助,在此表示感谢。*后,还要感谢我的家人对我工作的支持,没有他们,就没有本书的顺利完稿。
纳米材料和纳米技术涉及面广,限于笔者研究水平和认知程度,对于不同概念的理解,特别是文献标注方面,必然存在不详、不妥之处,期待专家、读者批评指正,以便今后逐步完善。
章 概论
1.1 导电材料
1.1.1 导电材料的定义
1.1.2 导电材料的分类
1.2 复合材料与导电复合材料
1.2.1 复合材料的定义
1.2.2 复合材料的命名
1.2.3 复合材料的分类
1.2.4 导电复合材料
1.3 纳米复合材料
1.4 导电纳米复合材料
第二章 聚合物基导电纳米复合材料
2.1 结构型导电高分子基复合材料
2.1.1 共轭体系高分子的结构
2.1.2 共轭体系高分子的导电机制
2.1.3 共轭体系高分子的制备方法
2.1.4 结构型导电高分子基复合材料的制备及应用
2.2 复合型导电高分子材料
2.2.1 能填料
2.2.2 复合型导电高分子材料的导电机制及影响因素
2.2.3 复合型导电高分子材料的制备方法
2.2.4 复合型导电高分子材料的应用
2.3 纤维素基导电复合材料
2.3.1 纤维素
2.3.2 纤维素基导电复合材料
2.3.3 纤维素基导电复合材料的应用
参考文献
第三章 碳基导电纳米复合材料
3.1 石墨烯基导电纳米复合材料
3.1.1 石墨烯的结构
3.1.2 石墨烯的性能
3.1.3 石墨烯的制备
3.1.4 石墨烯基导电纳米复合材料的制备
3.1.5 石墨烯基导电纳米复合材料的应用
3.2 碳纳米管基导电复合材料
3.2.1 碳纳米管的结构
3.2.2 碳纳米管的性能
3.2.3 碳纳米管的制备
3.2.4 碳纳米管基导电复合材料的制备
3.2.5 碳纳米管基导电复合材料的应用
3.3 活性炭基导电复合材料
3.3.1 活性炭结构及性质
3.3.2 活性炭的制备
3.3.3 活性炭基导电复合材料的制备
3.3.4 活性炭基导电复合材料的应用
3.4 有序介孔碳基导电复合材料
3.4.1 有序介孔碳的结构及性能
3.4.2 有序介孔碳的制备方法
3.4.3 有序介孔碳基导电复合材料的制备
3.4.4 有序介孔碳基导电复合材料的应用
3.5 富勒烯基导电复合材料
3.5.1 富勒烯的结构
3.5.2 富勒烯的性质
3.5.3 富勒烯的制备方法
3.5.4 富勒烯基导电纳米复合材料
3.5.5 富勒烯基导电纳米复合材料的应用
3.6 碳纤维基导电复合材料
3.6.1 碳纤维的结构
3.6.2 碳纤维的性能
3.6.3 碳纤维(PAN基)的制备工艺
3.6.4 碳纤维基复合材料
3.6.5 碳纤维基导电复合材料的应用
3.7 覆复合材料
参考文献
第四章 新型二维纳米材料基导电复合材料
4.1 过渡金属硫化物基导电复合材料
4.1.1 过渡金属硫化物的结构
4.1.2 过渡金属硫化物的性质
4.1.3 过渡金属硫化物的制备方法
4.1.4 过渡金属硫化物基导电复合材料的制备方法
4.1.5 过渡金属硫化物基导电复合材料的应用
4.2 过渡金属碳/氮化物基导电复合材料
4.2.1 过渡金属碳/氮化物的结构
4.2.2 过渡金属碳/氮化物的性质
4.2.3 过渡金属碳/氮化物的制备方法
4.2.4 过渡金属碳/氮化物基导电复合材料的制备方法
4.2.5 过渡金属碳/氮化物基导电复合材料的应用
4.3 金属-有机框架材料基导电复合材料
4.3.1 金属-有机框架材料的结构及特点
4.3.2 金属-有机框架材料的分类
4.3.3 金属-有机框架材料的性质
4.3.4 金属-有机框架材料的制备方法
4.3.5 金属-有机框架材料基导电复合材料的制备方法
4.3.6 金属-有机框架材料基导电复合材料的应用
4.4 石墨相氮化碳基导电复合材料
4.4.1 石墨相氮化碳(g-C3N4)的结构
4.4.2 石墨相氮化碳(g-C3N4)的性质
4.4.3 石墨相氮化碳(g-C3N4)的制备方法
4.4.4 g-C3N4基导电复合材料
4.4.5 g-C3N4基导电复合材料的应用
4.5 层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide, LDHs)基复合材料
4.5.1 LDHs的结构
4.5.2 LDHs的性质
4.5.3 LDHs基复合材料的制备方法
4.5.4 LDHs基复合材料的应用
4.6 黑磷(Black Phosphorus, BP)基复合材料
4.6.1 BP的结构
4.6.2 BP的性质
4.6.3 BP基复合材料的制备方法
4.6.4 BP基复合材料的应用
参考文献
第五章 聚合物基介电复合材料
5.1 介电材料的极化理论
5.2 介电材料的性能参数
5.3 常用介电材料
5.3.1 陶瓷介电材料
5.3.2 聚合物介电材料
5.3.3 聚合物基介电复合材料
5.4 聚合物基介电复合材料的理论模型
5.4.1 界面结构模型
5.4.2 介电常数计算模型
5.5 影响聚合物基复合材料介电性能的因素
5.5.1 填料粒子的尺
5.5.2 填料粒子的形貌
5.5.3 填料粒子的表面改性
5.6 聚合物基介电复合材料
5.6.1 陶瓷填料
5.6.2 导电填料
5.6.3 聚合物基多层膜结构设计
5.7 聚合物基介电复合材料的制备方法
5.7.1 固相加工法
5.7.2 液相加工法
5.8 聚合物基介电复合材料的应用
5.8.1 有机场效应晶体管
5.8.2 嵌入式电容器
5.8.3 储能元件
5.8.4 可穿戴设备
参考文献