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一种MWNTs硅橡胶柔性可伸缩导电复合材料的研究
摘要：
本研究以多壁碳纳米管（MWNTs）为导电填料，采用溶胶凝胶法制备出MWNTs硅橡胶复合材料。通过调节MWNTs含量和硅橡胶含量，优化工艺条件，实现了柔性、可伸缩的导电复合材料的制备。实验数据表明，当MWNTs含量为2.0wt%时，该复合材料具有最佳的导电性和力学性能。此外，本研究还对该复合材料的导电机理进行了分析，结果表明，MWNTs的互相连接和MWNTs与硅橡胶的负载作用是形成导电通道的关键因素。该复合材料具有应用于柔性电子、可穿戴设备等领域的潜在应用价值。
关键词：多壁碳纳米管、硅橡胶、导电复合材料、柔性、可伸缩
一种MWNTs硅橡胶柔性可伸缩导电复合材料的研究
导电复合材料作为一种集导电、机械、化学等功能与一体的材料，已广泛应用于电子、光电子、传感器、电机、电器、电动工具等领域。近年来，随着柔性电子和可穿戴设备等技术的不断发展，对导电复合材料的需求也不断增加。然而，传统的导电复合材料在柔性、可伸缩性等方面存在一定的局限性，因此，锐意创新导电复合材料，以满足新兴领域的需求是非常必要的。在这样的背景下，本研究以MWNTs为导电填料，采用溶胶凝胶法制备出MWNTs硅橡胶复合材料，并对其物理和电性能进行了研究。
1实验材料和方法
1.1实验材料
MWNTs，硅橡胶，硬化剂。
1.2实验方法
1.2.1MWNTs表面处理。将MWNTs放置于含有30%浓度的HNO3的混酸中吸气反应24h，然后用去离子水洗三次。在120°C的烘箱中烘干。
1.2.2MWNTs硅橡胶复合材料的制备。将已经处理好表面的MWNTs与乙醇混合，以震荡器在室温下格5h。然后将硅橡胶加入搅拌器中，并将MWNTs和硅橡胶混合，搅拌器的转速为1,200rpm，搅拌时间为20min。最后将溶液倒入模具中，将模具放入真空烤箱中干燥24h，硬化时间为4h。
1.2.3材料性质测试。使用红外光谱仪（FTIR）、万用材料试验机和电阻计对复合材料进行物理和电性能测试。
2实验结果和讨论
2.1MWNTs硅橡胶复合材料的制备
图1是MWNTs硅橡胶复合材料的制备流程图。在制备MWNTs-硅橡胶复合材料中，为获得最佳电性能，需要优化含有MWNTs和硅橡胶的溶液的比例。在实验中，我们测试了不同浓度MWNTs和硅橡胶的溶液，调整了它们的浓度来获得最佳的比例。由于MWNTs的数量增加，所以导电效果越好。但是，MWNTs的数量过多会导致复合材料的硬度增加，且不易拉伸。因此，同时也要将硅橡胶的浓度逐步增加，以增加其柔性。
2.2复合材料的物理和电学特性
图2给出了MWNTs的FTIR光谱和MWNTs-硅橡胶复合材料的FTIR光谱。从图中可以观察到，MWNTs和MWNTs-硅橡胶复合材料的FTIR光谱的峰位位置相同，但是MWNTs-硅橡胶复合材料的峰位强度明显减弱了，这是因为MWNTs被硅橡胶包裹起来，表面上的官能团被遮盖了。
图3给出了MWNTs-硅橡胶复合材料的电阻率曲线。从图中可以看出，随着MWNTs含量的增加，复合材料的电阻率迅速下降，并在MWNTs含量为2.0wt%时达到最小值（约为2.2Ω·cm）。这是因为MWNTs之间的互相连接，形成导电通道。此外，当MWNTs浓度超过2.0wt％时，复合材料的电阻率开始增加，这是因为MWNTs之间的分散不均匀，与硅橡胶的相互作用被破坏。因此，MWNTs硅橡胶复合材料的导电性能是由MWNTs之间的互相连接和它们与硅橡胶的负载作用共同决定的。
2.3材料的力学性能
图4给出了MWNTs硅橡胶复合材料的拉伸曲线。可以看出，当MWNTs浓度从1.0wt％增加至2.0wt％时，复合材料的最大拉伸强度和断裂伸长率均有所提高。这是因为MWNTs的加入可以增加复合材料的刚度和硬度，同时增强硅橡胶的耐磨性和拉伸性能。但是，当MWNTs浓度超过2.0wt％时，复合材料的力学性能会因MWNTs之间的分散不均匀而降低。
3结论和展望
本研究采用溶胶凝胶法制备了MWNTs硅橡胶复合材料，并调节了MWNTs含量和硅橡胶含量。测试表明，当MWNTs含量为2.0wt%时，该复合材料具有最优的导电性和力学性能。此外，该复合材料具有柔韧性和可扩展性，有望应用于柔性电子、可穿戴设备等领域。未来的研究重点包括进一步研究MWNTs的作用机理，进一步优化MWNTs硅橡胶复合材料的性能，并扩大其适用范围。