A solution-processable and highly flexible conductor of a fluoroelastomer FKM and carbon nanotubes with tuned electrical conductivity and mechanical performance

材料科学 碳纳米管 复合材料 纳米复合材料 渗流阈值 导电体 电阻率和电导率 极限抗拉强度 导线 电导率 色散(光学) 渗透(认知心理学) 工程类 物理化学 物理 神经科学 化学 光学 电气工程 生物
作者
Shaghayegh Shajari,Mahmoud Rajabian,Milad Kamkar,Les Jozef Sudak,Uttandaraman Sundararaj
出处
期刊:Soft Matter [Royal Society of Chemistry]
卷期号:18 (39): 7537-7549 被引量:12
标识
DOI:10.1039/d2sm00838f
摘要

The use of fluoroelastomer nanocomposites for flexible electronics is increasing due to their high deformability and recoverability. Often, a high amount of conductive nanofillers and crosslinking agents is required to improve their mechanical performance, which unfavorably affects the electrical percolation threshold and conductivity due to dispersion issues. Herein, we developed a unique solution mixing (SM) technique by a fine-tuned formulation to obtain well-dispersed carbon nanotubes (CNTs) in fluoroelastomer FKM for both low and high CNT concentrations (0.2 phr and 3 phr). Effective nano-network formation was confirmed by transmission electron microscopy (TEM) and oscillatory shear rheological tests. Compared to the melt mixing (MM) process, the stretchability of neat FKM improves to 503% in the SM process versus 430% in the MM process. The electrical conductivity of the SM samples percolates at significantly lower filler concentrations (i.e., 0.35 phr in SM vs. 0.45 phr in MM) with a maximum value of 7 × 10-1 S cm-1 for 3 phr. Overall, the 2 phr CNT/FKM nanocomposite fabricated by SM exceeds those of carbon-based FKM conductors reported in the literature. The enhanced electrical and mechanical properties include an electrical conductivity of 3 × 10-1 S cm-1, a strain-to-failure of 300%, and a tensile strength at break of 12 MPa. This process is a promising approach for fabricating fluoroelastomer nanocomposites of a mechanically robust and stable stretchable conductor for various wearable electronic devices.
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