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新方法可制备三维高分子纳米复合材料
2018年7月24日 来源: 中国科学报

    由于具有独特的结构和优异的性能,以碳纳米管(CNTs)和石墨烯为代表的新型碳纳米材料,在高分子纳米复合材料领域引起了广泛的研究兴趣。近日,中科院新疆理化所研究员马鹏程领衔的复合材料研究团队在CNT泡沫材料的制备和应用研究领域取得系列进展。部分科研成果已经申请国家发明专利并获得授权,三维高分子纳米复合材料用于柔性传感器件的研究成果发表在《复合材料科学与技术》上。该项研究工作得到国家“千人计划”、自然科学基金以及中科院精细化学品产业化联盟等的支持。


    研究人员以廉价的商业化高分子泡沫材料为模板,通过控制实验条件使催化剂的原位生成、高分子模板的部分热裂解去除以及纳米材料的生长等过程同步进行,实现了CNT泡沫体的高效、可控生长。马鹏程说:“我们得到的纳米泡沫材料具有优异的结构稳定性、疏水和吸附性能,可吸附自身30~80倍重量的有机溶剂和未聚合的液态高分子树脂。”此外,该方法可制备出任意形状的CNT泡沫,这为相应高分子纳米复合材料的制备提供了极大便利。


    与此同时,科研人员充分利用CNT泡沫体的孔状结构和吸附性能,以聚二甲基硅氧烷为基体,同时结合树脂自浸润法制备了三维高分子纳米复合材料,研究了材料的力学、电学性质,发现材料具有独特的压阻效应,并以此为基础研发出基于三维高分子纳米复合体系的柔性应变传感器件。


    研究人员利用自行研发的扫描电镜—微型原位力学测试装置,研究了上述器件在应力条件下的实时微观断裂行为,发现器件的电阻行为与导电填料CNT泡沫骨架的变化、内部裂纹的产生和扩展等多个因素相关,并从微观形貌和结构变化角度上对传感材料的力—电耦合行为进行了解释。


    该柔性应变传感器可以以多种方式结合到实际应用中,如制成电子皮肤显示材料应力分布状况、接入电路指示材料所处的应变状态等,在可穿戴设备、柔性电子显示、能源存储等领域具有广阔的应用前景。


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