现代技术日益需要先进的复合材料，其平衡特性可以控制，调节，并能满足特定应用的需求。弹性体纳米复合材料已经引起在最近几十年的兴趣，因为纳米颗粒的高表面积，能够实现显著的机械性能（例如，增强的弹性体）在相对低的填料量。使用碳纳米管（CNT）作为填料通过创建结合了高的导电性用聚合物的机械性能的材料开辟了进一步应用的机会。要做到这一点，这是至关重要的纳米填充剂被有效地分散在基质中。
对于在弹性基质分散碳纳米管已知的方法包括熔融混合和辊研磨接着用热压模或滴铸。然而，在所有的这些碳纳米管趋向于结块，并因此不能以赋予其内在特性（例如，高强度，电子迁移率和热导率）的纳米复合材料。一个可能的解决方案是将聚苯胺（PANI），一个本征导电聚合物，以及碳纳米管，以减少碳纳米管之间的范德华相互作用，并防止它们结块。1,2用导电聚合物如聚苯胺可被引入到弹性基质如热机械混合和解决方案的混合技术。通常，复合材料是由溶液中的方法制备，并通过滴铸在硅片或者玻璃基板上而形成。上述路由的主要缺点是导电粒子在聚合物基体中的非均匀分布的，复杂的制备过程，并缓慢聚合反应。
为了解决这些困难，以及解决在弹性矩阵实现导电颗粒的良好分散性的挑战，我们最近开发了一种制备导电纳米复合材料的混合一种新的方法。3,4我们获得了一种新的导电弹性体纳米复合材料碳纳米管组成和聚苯胺分散于苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）嵌段共聚物基质。在苯胺掺杂在碳纳米管的存在十二烷基苯磺酸（DBSA）和溶解的SIS嵌段共聚物的原位反相乳液聚合的合成方法包括一种。其次是一个沉淀过滤步骤，包括在甲醇中，真空微滤分散体的沉淀通过20-25 μ米滤纸。以这种方式形成的纳米复合材料，然后轻轻地从膜分离，干燥过夜，并表征。
我们发现，用这种方法制备的纳米填料分散体是稳定的，没有明显的降水随着时间的推移，我们归因于聚苯胺的存在。各个碳纳米管（见图高分辨率扫描电子显微镜（HRSEM）的图像1）表明，聚苯胺链已经把自己包裹在致密层周围的碳纳米管形成的碳纳米管中的PANI均匀地涂布的芯-壳型纳米结构。我们相信，这聚苯胺层降低了碳纳米管等在很大程度上防止了他们团聚之间的范德华力。
图1。
左：在100K倍率的膜的横截面的高分辨率扫描电子显微镜（HRSEM）图像显示了一个单独的碳纳米管（CNT）覆盖有聚苯胺（PANI）。右：苯乙烯 - 异戊二烯 - 苯乙烯（SIS）由聚苯胺和十二烷基苯磺酸（DBSA）包围的CNT构成的弹性体纳米复合材料的系统的示意图。
我们还观察到碳纳米管是不是随机分布在聚合物基质中，而是具有均匀分布的弹性体“孤岛”组成一个有组织的结构由碳纳米管所包围，以形成一个三维的CNT网络（参见图2）。这种独特的纳米结构似乎是制备方法的结果。苯胺的聚合和分散体的破裂的完成过程中在甲醇中沉淀步骤中发生。的SIS嵌段共聚物的自组装在甲醇中，并导致这些岛屿在随后真空过滤步骤的形成。导电碳纳米管/聚苯胺颗粒通过SIS的粒子位移和其周围形成一个连续的导电网络。
图2。
HRSEM图象编写的沉淀过滤SIS / CNT /聚苯胺膜的横截面。
电导率对填料浓度的依赖性可以通过统计渗流理论进行预测，下面一个标度律。这使我们能够计算，通过最佳拟合的公式，为导电性，这是最低装载在其中的导电填料颗粒形成的聚合物基体内部的连续网络“渗滤阈值”。使用这种方法，计算出的逾渗阈值估计为〜0.4％（重量）（重量％）：参见图3。这相对低的渗滤阈值，是因为在导电填料的独特岛状网络结构。
图3。
体积电导率对CNT浓度（重量）（重量％）和（插图）利用渗滤理论的幂律方程实验电导率值的最佳拟合。σ：在增强聚合物的导电性。φ Ç：渗流阈值。ř 2：决定系数。
我们还调查了三元SIS /碳纳米管/聚苯胺系统不同碳纳米管负载的机械性能（见图4）。随着CNT浓度的增加，在该断裂伸长率也相应减少杨氏模量的值增加。5然而，对于3至7重量％的CNT负载，我们注意到在杨氏模量的急剧增加具有断裂时的急剧减少应变一起。这种现象可以通过检查弹性体复合材料的HRSEM图像用不同的碳纳米管负载（见图得到更好的理解4）。我们可以看到，该纳米复合材料的用3重量％的CNT，如图导电网络4（a）的更开放的结构，具有较大尺寸的弹性岛屿，而含有10重量％的CNT，如图纳米复合材料4（b）是更密集，较小尺寸的弹性岛屿。这些结果表明，在结构和材料的纳米结构上，因此它的性能，可以通过改变填料的量来控制。
图4。
图形表示SIS / CNT /聚苯胺纳米复合系统具有不同的CNT添加量，并含有（A）3重量％及（b）10重量％的CNT SIS / CNT /聚苯胺纳米复合膜的横截面HRSEM图象的机械性能。
总之，我们研究了以往的研究忽略法的导电弹性体纳米复合材料的制备。我们得到的杂交SIS / CNT /聚苯胺纳米复合材料，其中，SIS基质内形成，赋予的电气和机械性能的材料所希望的组合的连续三维碳纳米管/聚苯胺网络。这种新颖的合成方法也提供了机会，调整结构的材料中，以实现显着与众不同的架构和性能。我们计划通过评估使用开发的纳米复合材料的高效率和低成本的应变传感器材料的可能性跟进这项工作。
伊雷娜布鲁克
化学工程Technion工业部-以色列理工学院（IIT）
伊雷娜布鲁克是在跨部门计划在高分子工程博士候选人。她的研究兴趣包括纳米复合材料，纳米导电，弹性体，以及电化学和机电传感器。
盖伊Mechrez
化学工程Technion工业部-以色列理工学院（IIT）
罗莎Tchoudakov
化学工程Technion工业部-以色列理工学院（IIT）
使然卢波
部化学工程Technion工业-以色列理工学院（IIT）
卡察夫Narkis
化学工程Technion工业部-以色列理工学院（IIT）的
冉华Suckeveriene
水工业学院基内雷特系在约旦河谷