導電性CNT/BIIR複合フィルムの自己修復およびジュール発熱

概要

この研究は、ブロモ化イソブチレン-イソプレンゴム（BIIR）マトリックス内に高分散性カーボンナノチューブ（CNTs）を利用した、自己修復性で電気伝導性のエラストマー複合材料を製造するための、簡便でスケーラブルかつ費用対効果の高い方法を提示しています。CNT/BIIR複合材料は、熱伝導率0.217 W/m·K、引張強度2.32 ± 0.23 MPa、電気伝導率3.93 ± 0.23 S/cm、ジュール発熱速度102 ± 21.9 °C/minと、純粋なBIIRと比較して有意な改善を示しました。この革新的な材料は、スマートで耐久性があり、高機能な導電性エラストマーを必要とする様々な用途に有望です。

詳細

最新の研究が、自己修復機能と電気伝導性を併せ持つエラストマー複合材料を製造するための、簡便で、スケーラブル、かつ費用対効果の高い新しい方法を提案しています。この材料は、ブロモ化イソブチレン-イソプレンゴム（BIIR）を基材とし、その中に高分散性のカーボンナノチューブ（CNTs）を組み込むことで作製されます。研究チームは、最適化された溶液補助プロセスを用いることにより、CNTsをBIIRマトリックス中に極めて均一に分散させることに成功し、その結果として優れた特性を持つ複合フィルムを得ることができました。

具体的な実験結果では、作製されたCNT/BIIR複合材料が、純粋なBIIRマトリックスと比較して、その性能が大幅に向上していることが示されました。例えば、熱伝導率は0.217 W/m·Kに達し、引張強度は2.32 ± 0.23 MPa、電気伝導率は3.93 ± 0.23 S/cmと、顕著な改善が見られました。さらに、この複合材料は102 ± 21.9 °C/minという高いジュール発熱速度を示しており、電気を流すことで効率的に自己発熱する能力を持っています。これらの強化された機械的特性と熱安定性は、CNTsとBIIRポリマー鎖との間に形成される強力な界面接着に由来すると考えられています。この接着は、電気と熱を効率的に伝達するためのパーコレーションネットワーク（導電経路）の形成にも大きく寄与しています。この革新的な材料は、スマートデバイス、耐久性のあるセンサー、そして高度な機能を持つ導電性エラストマーが求められる多様な応用分野において、極めて有望な可能性を秘めていると評価されています。