由于具有獨特的結構和優異的性能，以碳納米管（CNTs）和石墨烯為代表的新型碳納米材料，在高分子納米復合材料領域引起了廣泛的研究興趣。
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近日，中科院新疆理化所研究員馬鵬程領銜的復合材料研究團隊在CNT泡沫材料的制備和應用研究領域取得系列進展。部分科研成果已經申請國家發明專利并獲得授權，三維高分子納米復合材料用于柔性傳感器件的研究成果發表在《復合材料科學與技術》上。該項研究工作得到國家“千人計劃”、自然科學基金以及中科院精細化學品產業化聯盟等的支持。
研究人員以廉價的商業化高分子泡沫材料為模板，通過控制實驗條件使催化劑的原位生成、高分子模板的部分熱裂解去除以及納米材料的生長等過程同步進行，實現了CNT泡沫體的高效、可控生長。馬鵬程說：“我們得到的納米泡沫材料具有優異的結構穩定性、疏水和吸附性能，可吸附自身30~80倍重量的有機溶劑和未聚合的液態高分子樹脂。”此外，該方法可制備出任意形狀的CNT泡沫，這為相應高分子納米復合材料的制備提供了極大便利。
與此同時，科研人員充分利用CNT泡沫體的孔狀結構和吸附性能，以聚二甲基硅氧烷為基體，同時結合樹脂自浸潤法制備了三維高分子納米復合材料，研究了材料的力學、電學性質，發現材料具有獨特的壓阻效應，并以此為基礎研發出基于三維高分子納米復合體系的柔性應變傳感器件。
研究人員利用自行研發的掃描電鏡—微型原位力學測試裝置，研究了上述器件在應力條件下的實時微觀斷裂行為，發現器件的電阻行為與導電填料CNT泡沫骨架的變化、內部裂紋的產生和擴展等多個因素相關，并從微觀形貌和結構變化角度上對傳感材料的力—電耦合行為進行了解釋。
該柔性應變傳感器可以以多種方式結合到實際應用中，如制成電子皮膚顯示材料應力分布狀況、接入電路指示材料所處的應變狀態等，在可穿戴設備、柔性電子顯示、能源存儲等領域具有廣闊的應用前景。
文章來源：中國科學報
IEEE Spectrum
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