Raziskovalna skupina Laboratorija za eksperimentalno mehaniko (LEM), Fakultete za strojništvo UL, je v sodelovanju s skupino Odseka za tehnologijo površin, Inštituta Jožef Štefan (IJS), izvedla eksperimentalno študijo na področju ogljikovih nanokompozitov, ki obravnava vpliv nastanka omrežja iz ogljikovih nanocevk (CNT) na termo-mehansko stabilnost in električno prevodnost v fleksibilnih nanokompozitih. Rezultati raziskave so objavljeni v priznani reviji na področju materialnih znanosti, t.j., Materials & Design (IF = 7.9).
Predstavljena študija je močno povezana s sodobnimi tehnologijami fleksibilni senzorjev, ki so ključni elementi na mnogih področjih, od avtomobilske, letalske industrije pa vse do medicine. Z upoštevanjem širokega spektra aplikacij so le-ti izpostavljeni različnim okolijskim in obremenitvenim pogojem, hkrati pa morajo izkazovati izjemne funkcionalne lastnosti, ki poleg električne prevodnosti zajemajo tudi termo-mehansko s stabilnost. Funkcionalnost tovrstnih materialov primarno zavisi od vzpostavljenega CNT omrežja oziroma medsebojnih povezav med strukturo in lastnostmi, kar je bil tudi glavni predmet obravnavane raziskave.
Glede na predstavljeno je bil glavni cilj študije vzpostaviti jasno povezavo med glavnimi gradniki omrežja, njegovim nastankom/konfiguracijo in posledičnim vplivom na električne lastnosti ter termo-mehansko vedenje fleksibilnih nanokompozitov, sestavljenih iz večstenskih ogljikovih nanocevk (MWCNT) in termoplastičnega poliuretana (TPU).
Z uporabo naprednih eksperimentalnih orodij (plazemsko jedkanje in elektronska mikroskopija, reološka in termo-mehanska analiza, elektro analiza, itd.) je bilo pokazano, da je omrežje sestavljeno iz MWCNT snopov (osnovni gradniki), togih paličastih (Brownov-ih) enot, ki zaradi amorfne narave elastomerne matrice tvorijo naključni geometrijskih preplet. Izkazalo se je, da vzpostavitev funkcije (električna prevodnost, termo-mehanska stabilnost, itd.) ne zavisi od vzpostavitve CNT omrežja, t.j., pri 0.46 vol% MWCNT, temveč mora biti omrežje popolnoma vzpostavljeno, t.j., pri 1 vol% MWCNT, saj se v tem primeru prevodnost izboljša za 8 velikostni razredov (iz 10-11 na 10-3 S/m), termo-mehanska stabilnost, ki ga opredeljuje temperatura steklastega prehoda, pa za 30°C (iz 20 na 50°C).
Ta ključna odkritja omogočajo proizvodnjo ogljikovih nanokompozitov z relativno fleksibilnostjo in izjemno prevodnostjo, kar je ključnega pomena za tehnologijo fleksibilnih senzorjev.
Grafični povzetek:
