A study on the effect of magnetic field induced alignment on elasticity and electrical conductivity of Ni@Ag/MWCNTs/silicone rubber composites.

Abstract

The function of a functional composite is determined by the content of functional fillers, and its elasticity is determined by the content of the polymer matrix. However, it is difficult to simultaneously achieve high conductivity and high elasticity in composite materials because of the trade-off relationship between function and elasticity. According to the percolation theory, conductivity appear only when the filler content is higher than the percolation threshold value (PTV). This problem can be overcome through the production of elastic functional composites with low filler content and high polymer content by lowering the PTV. In this study, a Ni@Ag/MWCNTs/silicon rubber composite with reduced PTV by magnetic field alignment is reported. Magnetic/conductive particles were arranged and densely packed in a parallel line pattern using an external magnetic field. The PTV was lowered due to the pseudo 1D shape of the magnetic/conductive particles, and a electrical conductivity of 429 S/cm and a rate of change of resistance of 1.3 were achieved at 20% repeated uni-axial stretching at a conductive filler content of 21.3 vol %. The line pattern only improved elasticity in one direction. A check pattern was formed to achieve multiaxial elasticity. The flexible LED demonstration demonstrated that the magnetic field induced alignment process can be applied to circular electrode circuits for electronic devices. |기능성 복합재의 기능은 기능성 필러의 함량에 따라 결정되며, 탄성은 고분자 매트릭스의 함량에 따라 결정된다. 그러나 복합재료는 기능과 탄성 사이의 trade-off 관계로 인해 높은 전도도와 높은 탄성을 동시에 달성하기 어렵다. Percolation theory에 따르면, 전기적 특성은 필러 함량이 percolation threshold value (PTV)보다 높을 때만 나타난다. 이 문제는 PTV를 낮추어 저함량 필러로 고분자 함량이 높은 탄성 기능성 복합재를 제작함으로써 극복할 수 있다. 본 연구에서 자기장 정렬에 의해 감소된 PTV를 갖는 Ni@Ag/MWCNTs/silicon rubber 복합재를 보고한다. 외부 자기장을 이용하여 자성/전도성 입자를 라인 패턴으로 배열 및 밀집되었다. PTV는 자성/전도성 입자의 유사 1D 형상으로 인해 낮아졌으며, 전도성 필러 함량 21.3 vol %에서 20 % 반복 단축 연신 시 전도도 429 S/cm, 저항 변화율 1.3의 결과를 얻었다. 라인 패턴은 한 방향으로만 연신성을 향상시킨다. 다축 탄성을 얻기 위해 체크 패턴을 형성하였다. 플렉시블 LED 구동 데모는 자기장 유도 정렬 공정이 전자 디바이스의 원형 전극 회로에 적용될 수 있음을 보여주었다.