多孔聚二甲基硅氧烷/碳纳米管( PDMS / CNTs )纳米复合材料作为压阻传感器材料的评价

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 17:21
文章英文标题
Evaluation of porous polydimethylsiloxane/carbon nanotubes (PDMS/CNTs) nanocomposites as piezoresistive sensor materials
正文
摘要\n具有多孔结构的聚合物泡沫具有许多诱人的特性。将纳米材料引入“被动”多孔聚合物中,可以得到具有独特优势的功能纳米复合材料。本项目评价了由聚二甲基硅氧烷( PDMS )和碳纳米管( CNTs )制成的多孔纳米复合材料用于压阻式压力传感应用的特性。在逾渗阈值为3.5 wt %时,采用CNTs来提高聚合物的导电性。以普通砂糖和热水浴为原料,采用简单的支架法制备了开孔样品。孔隙率直接影响材料的杨氏模量和孔结构的密度,孔隙率越高,材料越软越轻。与通常的证据相反,多孔样品作为压力传感器材料时表现出压阻传感性能的降低。泡沫形貌检测和传感分析表明,开孔的坍塌减轻了整体多孔结构的有效变形。对70 %孔隙率试样的表征显示,刚度降低(拉伸和压缩杨氏模量分别降低74.4 %和88.4 % )和质量降低(材料密度降低56.9 % )的效果明显,与固体试样相比灵敏度降低了30.1 %。我们的研究表明,当考虑多孔材料的传感应用时,需要对组成-机械-结构-传感行为进行综合评价。本项目为功能材料的研究提供了一个有见地的视角,特别是为各种应用而设计具有特定期望性能的活性聚合物泡沫。
文章内容(英文)
Abstract(#br)Polymer foams with porous structures have many attractive features. Integrating nanomaterials into the “passive” porous polymers can result in functional nanocomposites with unique advantages. In this project the characteristics of porous nanocomposites, made of polydimethylsiloxane (PDMS) and carbon nanotubes (CNTs), for piezoresistive pressure sensing applications were evaluated. The CNTs, at the percolation threshold of 3.5 wt%, were used to increase the conductivity of the host polymer. The open-pore samples were produced with a simple scaffolding method using common granulated sugar and hot water bath. The porosity directly affected the Young’s modulus and the density of the porous structure, with a higher porosity resulting in a softer and lighter material. Counter to the common evidence, the porous samples showed a reduction in piezoresistive sensing performance when used as pressure sensor materials. Foam morphology inspection and sensing analysis suggested that the effective deformation of the overall porous structure was mitigated by the collapsing of the open pores. The characterization of the 70%-porosity samples showed clear benefits of reduced stiffness (74.4% and 88.4% reductions in tensile and compressive Young’s moduli, respectively) and lower weight (56.9% reduction in material density), with a reduced sensitivity of 30.1% from their solid counterparts. Our investigation suggests that when a porous material is considered for sensing applications, a comprehensive evaluation of compositions-mechanical-structural-sensing behaviors is warranted. This project provides an insightful perspective on functional materials research, especially on the engineering of active polymer foams with specifically desired properties for various applications.
来源出处
Journal|[J]Microsystem TechnologiesVolume 26, Issue 4. 2020. PP 1101-1112
DOI
https://doi.org/10.1007/s00542-019-04636-4

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