中國粉體網訊 碳納米材料，例如碳納米管（CNT），炭黑（CB），石墨和石墨烯，表現出出色的電性能，并且在外力作用下可以輕松地在各種非導電聚合物材料中形成導電網絡。碳納米材料的這些獨特特性已被用于響應外力（壓縮，拉力等）的敏感應變傳感器的開發。
為實現碳納米材料在傳感設備開發中的實際應用，目前已經開發出由基質和碳納米填料組成的碳納米復合材料。同時，還進行了各種努力來使碳納米填料官能化以增強其機電性能。碳填充劑（例如CNT），官能化的CNT，炭黑（CB），石墨和石墨烯已用于制造用于傳感的納米復合材料設備。
納米填料在基體中的分散性及其性能和傳感能力可以通過控制加工條件、原料特性、納米填料質量分數（wt％）、納米填料電導率和聚合物基體的阻隔高度來優化。相關研究已通過隧穿效應研究驗證了碳納米材料在非導電聚合物中的電性能，以表征聚合物基質中隨機分布的碳納米顆粒的傳感能力。這些雜化納米復合材料比由聚合物中的單一碳納米材料組成的納米復合材料顯示出更好的機械性能，光能密度和壓阻。然而，這些納米復合材料的材料性質由于其在壓縮下的柔韌性和敏感性而限制了其實際應用。
在蔚山國立科學技術學院Changyoon Jeong和Young-Bin Park的一項研究中，使用在聚二甲基硅氧烷（PDMS）矩陣中由一維多壁CNT（MWCNT）和二維剝離石墨納米片（xGnPs）組成的混合納米復合材料制造了壓縮應變傳感器。同時還研究了復合傳感器的壓阻效應以及MWCNTs和xGnPs對雜化納米復合材料電學和機械性能的協同作用。
在研究中，他們制造了具有納米填料wt％，兩種尺寸不同的xGnP和各種xGnP：MWCNT比的柔性壓阻壓縮傳感器（表1）。加工后的樣品因其柔韌性而易于壓縮變形，并顯示出壓阻效應。通過控制碳納米填料在基體中的分散和分布，優化了納米復合材料的電性能（方案1）。
方案1.雜化納米復合材料的制備工藝
表1.雜化納米復合材料機電性能隨xGnP尺寸、填料質量分數及xGnP：MWCNT比值
研究表明xGnPs，MWCNTs和PDMS聚合物組成的雜化納米復合材料在壓縮狀態下的電學和力學性能存在如下特點：
1)納米填料質量分數的增加提高復合材料的壓縮模量并降低其規格系數。這表明填料的重量分數影響復合材料的機械性能，而其壓縮敏感性則受壓縮過程中其他導電網絡形成的影響。
2)xGnP的大小會影響雜化納米復合材料的電氣和機械性能。具有M5 xGnPs的納米復合材料比具有M15 xGnPs的納米復合材料具有更好的機械性能。
3)復合材料的電性能取決于納米填料的尺寸和質量分數。除這些因素，雜化納米復合材料的機械和電學性質與xGnP：MWCNT的比例密切相關，而與納米填料的大小和質量分數無關。
4)納米復合材料的壓縮模量隨xGnP：MWCNT比的降低而增加。隨著xGnP：MWCNT比的增加，納米復合材料的尺寸因數增加，xGnP：MWCNT的比率和納米填料的質量分數影響納米復合材料在壓縮下的壓縮模量和敏感性。MWCNT比率與納米填料的尺寸和質量分數無關。
相關文獻鏈接：https://doi.org/10.1021/acsomega.9b03012
（中國粉體網編輯整理/江岸）
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