聚(苯乙烯-3,4-异戊二烯-苯乙烯)-炭黑复合材料的中间相结构与形态与其作为电热加热器的性能之间的关联

《ACS Applied Polymer Materials》：Connecting the Interphase and Morphology of Poly(styrene-3,4-isoprene-styrene)-Carbon Black Composites with Their Performance as Electrothermal Heaters

本研究首次将聚合物-碳复合材料的纳米/微观结构与电热性能联系起来，通过PS/SIS与CB复合实验，系统研究PS掺混及CB负载对界面厚度、微观结构和电热性能的影响。AFM定量分析显示，PS掺混使界面厚度减少60 nm，热扩散率提升82%，原型电热器响应速度提高28%，稳态温度达110°C，为优化材料结构提供依据。

　　

聚合物链与填料颗粒之间的界面在决定聚合物纳米复合材料的性能方面起着关键作用。本研究首次通过实验将聚合物-碳复合材料的纳米结构和微观结构与其电热性能联系起来，进而探讨了它们作为电热器的性能。研究了炭黑与聚(苯乙烯-3,4-异戊二烯-苯乙烯)（PSIS-16CB）的复合材料，并系统地分析了聚苯乙烯（PS）的掺混比例以及炭黑（CB）的添加量对界面厚度、复合材料微观结构及电热性能的影响。利用原子力显微镜（AFM）进行定量纳米力学分析（QNM），以准确测定界面厚度，并将其与复合材料的热扩散率、电导率和动态力学性能相关联。研究结果表明，PS的掺混显著降低了界面厚度（约60纳米），同时使PSIS-16CB复合材料的熱扩散率提高了82%，从而降低了界面处的热阻。由于PS掺混导致的熱扩散率增加，原型电热器的热响应提高了28%（10.4 °C/min），稳态温度也提高了21%（达到110 °C），相较于未掺混的复合材料。这项研究为如何通过优化聚合物-炭黑界面结构来提升下一代聚合物纳米复合材料在先进电热应用中的效率提供了更深入的理解。