导电聚合物复合材料（CPCs）是将导电填料复合到聚合物基体中制备的一种导电聚合物复合材料，常用于电子器件、电磁屏蔽和传感器等领域。其中，一些复合材料表现出正温度系数（PTC）效应，即当温度超过特定点（通常是结晶聚合物的熔点）时，电阻率急剧增加。当施加电压时，CPCs可以产生焦耳热，导致CPCs本身的温度升高。在恒压负载下，由于PTC复合材料的电阻随自身温度的增加而增加，其自热功率下降，最终表现出温度自调节（自限温）行为而不会过热。评价自调节加热器的两个关键指标是温度自调节能力的稳定性和可重复性。前者是指在施加恒定电压下达到平衡温度后温度随时间的稳定性，后者是指在多次电加热-冷却循环中其平衡温度的可重复性。自调节加热器的稳定性和可重复性越好，意味着加热效果越稳定，长期可重复使用性越好。

目前很难同时获得具有优异高温自热稳定性和可重复性的PTC复合材料。为了获得在自加热过程中具有优异温度稳定性和可重复性的复合材料，要求PTC复合材料中的导电网络能够在高温下保持稳定，并且在重复加热循环中导电网络表现出相同的变化。本工作提供了满足要求的“岛-桥”结构导电网络，为高温自调节加热器的研究提供了新的思路和方向。我们在HDPE/PVDF/碳纳米纤维（CNF）复合材料中构建了“岛-桥”导电网络，其中CNF聚集在HDPE相（分散相）中形成导电“岛”，然后这些“岛”由部分从HDPE相伸出或分布在连续PVDF相中的CNF“桥”连接。因此，当HDPE熔化产生PTC效应时，未熔化的PVDF可以局部锚定住CNF，形成局部锚定的导电网络，使得导电网络在自加热过程中保持位置稳定。因此，这项工作提出了一种局部锚定导电“桥”的新机制，它有望实现聚合物基复合材料高温自加热的稳定性和可重复性。

本文制备了具有不同基体配比的HDPE/PVDF/CNF复合材料，研究了HDPE/PVDF共混形态对PTC行为和焦耳加热行为的影响。在HDPE/PVDF/CNF-1/4复合材料中构建“岛-桥”结构导电网络，所得CPC在施加电压时表现出稳定且可重复的高温自加热行为。这些复合材料的焦耳加热行为可以基于自加热过程中内部导电网络变化的机制来解释，我们提出了“岛-桥”导电网络的局部锚定导电“桥”机制。当自热温度升高时，HDPE/CNF相（“岛”）熔化导致CNF网络局部破坏，但CNF“桥”被PVDF相锚定，使得内部导电网络在高温自热过程中保持稳定。在35 V电压下，HDPE/PVDF/CNF-1/4-4复合材料表现出比其他HDPE/PVDF/CNF和HDPE/CNF复合材料更稳定的自调节温度（在长期自加热情况下，只有1℃左右的温度波动），实现了110 ℃左右的自加热高温。经过多次电加热-冷却循环后，其稳态温度保持稳定，具有良好的可重复使用性。这些复合材料可以用作自调节加热装置，在高温下具有优异的稳定性和可重复性。

S. Fu, R. Luo, Z. Wang, K. Ke, K. Zhang, Z. Liu, J. Chen, W. Yang, Excellent stability and repeatability of temperature self-regulating HDPE/PVDF/CNF composites at high temperature via locally anchored conductive "bridges", Compos. Sci. Technol. 269 (2025) 111239.

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2025.111239