ひずみセンサー用途向け熱可塑性ポリウレタン/3Dハイブリッドカーボンナノコンポジットの構造的および電気機械的洞察

科学分野:

• 材料科学
• ナノテクノロジー
• 高分子科学

背景:

• 導電性ポリマーナノコンポジット（PNC）は、機能性材料にとって不可欠です。
• エラストマーマトリックスに統合されたカーボン同素体は、PNC製造の効果的な戦略を提供します。
• 高度なフィラーの開発は、PNC特性を強化するための鍵です。

研究 の 目的:

• ひずみセンシング用途向けに、熱可塑性ポリウレタン（TPU）マトリックス内に3Dハイブリッドカーボンナノフィラーを製造および評価すること。
• フィラー分布、構造的閉じ込め、および界面相互作用が材料特性に及ぼす影響を調査すること。
• 高性能ひずみセンサーを作成するためのこれらのハイブリッドフィラーの効果を実証すること。

主な方法:

• 導電性フィルムを製造するための溶液キャスト法。
• 材料特性評価のための広角X線散乱（WAXS）、ラマンスペクトル、および引張試験。
• 構造解析のための超小角X線散乱（USAXS）および走査型電子顕微鏡（SEM）。

主要な成果:

• TPUマトリックス内で顕著なフィラー強化と顕著な界面相互作用が観察されました。
• 引張弾性率は、フィラー負荷量20 wt%で363%増加し、パーコレーション閾値を超えました。
• ひずみセンサーは、8%ひずみまで高いゲージファクター（GF = 123）と優れた安定性を示しました。

結論:

• ハイブリッドカーボンナノフィラーは、TPUの機械的および電気的特性を大幅に強化します。
• 開発されたPNCは、高い安定性を持つひずみセンサーとして優れた性能を示します。
• 調査結果は、高度なPNC用途におけるハイブリッドカーボン質フィラーの可能性を検証します。