供稿人:楊春成、李滌塵 發(fā)布日期：2018-11-12
納米復合材料中填料的取向排布不僅會影響材料的導電或介電性能，還影響材料的力學性能。近日，西蒙弗雷澤大學的Taeil Kim等學者，從制造過程的角度出發(fā)，提出一種通過改變擠出機末端噴嘴形狀進而控制填料取向的技術，如圖1所示。
圖1 圓形噴嘴（左）和扁平噴嘴（右）擠出誘導填料取向示意圖
文章采用高縱橫比的納米銀線（AgNWs）作為納米填料，結果表明，圓形噴嘴擠出材料中的AgNWs基本沿擠出方向排列，而扁平形噴嘴擠出材料中的AgNWs則隨機分布。如圖2所示，圓形噴嘴擠出材料中的大部分AgNWs（~75%）與擠出方向一致，顯示為點圖像；而扁平形噴嘴擠出材料中的大部分AgNWs（~75%）隨機分布，顯示為線圖像。
圖2 圓形（a、c）及扁平形（b、d）擠出材料的填料分布圖像
為解釋不同形狀噴嘴下填料的取向不同的原因，文章模擬了材料不同擠出過程中的速度剖面圖。如圖3，圓形噴嘴在不同位置的擠出速度偏差較小而扁平形噴嘴在不同位置的擠出速度偏差較大，認為這是造成填料取向差異的主要原因。
圖3擠出過程模擬。圓形 (a)和扁平形(b)噴嘴擠壓流體的速度剖面及噴嘴出口處流體的平均速度
在AgNWs含量相同的條件下，比較了由不同形狀噴嘴擠出材料的電學性能。填料含量較低（0.2%）時，擠出噴嘴形狀對材料的介電性能幾乎沒有影響，而填料含量較高（1.6%）時，通過圓形噴嘴擠出材料的介電常數(shù)比扁平形噴嘴擠出材料高出30%左右，見圖4。
圖4 不同形狀噴嘴擠出材料的介電性能