伸縮性センサーおよびトランスデューサー用の導電性カーボンナノチューブ/ポリマー複合材料の特性評価

汎用性が高く、広範囲の用途に適した伸縮性導電性複合材料への関心の高まりにより、スケーラブルな製造技術と特異的にカスタマイズされたジオメトリの研究に対する需要が高まっています。ポリマーフィルムの粘弾性特性を備えたカーボンナノチューブ（CNT）材料の導電率と堅牢性、特にその伸縮性、ポリマーフィルムのCNTで作られた「表面複合材料」の組み合わせのおかげで、低コストを得るための有望な方法です、導電性、弾性、成形可能、パターン可能な材料。ただし、特定のアプリケーションに選択されたポリマーを使用すると、CNTとそのようなポリマーフィルムの表面との間の界面相互作用、特にポリマー自体にCNTグラフトの安定性と耐久性を深く理解するための標的研究が必要です。ここでは、一連の異なる補完的な実験技術を使用して、異なる粘弾性特性を持つポリマー膜基板の選択されたグループの界面特性の調査を提示します。具体的には、異なるポリマー基質の2つのカップルに堆積した単一壁カーボンナノチューブ（SWCNT）の相互作用を研究しました。熱セッティングエラストマー（すなわち、ポリイソプレン（PI）およびポリジメチルシロキサン（PDMS））。我々の結果は、熱セット基質のポリマーバルクに深い浸透（最大約100μm）を備えた2つのクラスのポリマーで、界面の特性が大幅に異なることを示しています。その結果、単位長さあたりの抵抗は、典型的な熱可塑性複合デバイス（厚さ30μm、幅2 mm）の場合は1〜10kΩ/cmから、典型的な熱セッティングエラストマーデバイス（厚さ150μmおよび厚さと0.5〜3MΩ/cm）から異なる範囲で変化します。幅2 mm）。これらの理由により、複合材料はさまざまな機械的および電気的応答を示し、したがって、そのような材料に基づいてデバイスのさまざまな領域を示唆しています。

The increasing interest in stretchable conductive composite materials, that can be versatile and suitable for wide-ranging application, has sparked a growing demand for studies of scalable fabrication techniques and specifically tailored geometries. Thanks to the combination of the conductivity and robustness of carbon nanotube (CNT) materials with the viscoelastic properties of polymer films, in particular their stretchability, "surface composites" made of a CNT on polymeric films are a promising way to obtain a low-cost, conductive, elastic, moldable, and patternable material. The use of polymers selected for specific applications, however, requires targeted studies to deeply understand the interface interactions between a CNT and the surface of such polymer films, and in particular the stability and durability of a CNT grafting onto the polymer itself. Here, we present an investigation of the interface properties for a selected group of polymer film substrates with different viscoelastic properties by means of a series of different and complementary experimental techniques. Specifically, we studied the interaction of a single-wall carbon nanotube (SWCNT) deposited on two couples of different polymeric substrates, each one chosen as representative of thermoplastic polymers (i.e., low-density polyethylene (LDPE) and polypropylene (PP)) and thermosetting elastomers (i.e., polyisoprene (PI) and polydimethylsiloxane (PDMS)), respectively. Our results demonstrate that the characteristics of the interface significantly differ for the two classes of polymers with a deeper penetration (up to about 100 μm) into the polymer bulk for the thermosetting substrates. Consequently, the resistance per unit length varies in different ranges, from 1-10 kΩ/cm for typical thermoplastic composite devices (30 μm thick and 2 mm wide) to 0.5-3 MΩ/cm for typical thermosetting elastomer devices (150 μm thick and 2 mm wide). For these reasons, the composites show the different mechanical and electrical responses, therefore suggesting different areas of application of the devices based on such materials.