Ultra-Flexible Piezoresistive Nanocomposite Foam Sensing Systems for Force Mapping
Notice bibliographique
Résumé
The growing interest in the fabrication of flexible nanocomposite sensors, along with the limitation of current technologies, prompted us to develop new types of nanocomposite foam structures that possess high sensitivity, repeatable piezoresistive behavior, ultra-flexibility, high compressibility, and high mechanical properties. In this context, a comprehensive study that investigates the effect of various polymer matrices, conductive filler contents, foam porosity, foam morphology, and different manufacturing methods on the piezoresistivity, sensitivity, and mechanical properties of nanocomposite foams was conducted. Moreover, for a better understanding of porous and nonporous nanocomposites’ mechanical behavior, micromechanical modeling approaches were used to predict their elastic modulus.The first phase of this research work was focused on the fabrication and characterization of mechanical and electrical properties of polydimethylsiloxane (PDMS)/multi-walled carbon nanotube (MWCNT) nanocomposite foams. Eshelby-Mori-Tanaka (EMT) and Halpin-Tsai (HT) micromechanical approaches and extended Gibson and Ashby’s approach were applied to theoretically predict the elastic modulus of nonporous and porous PDMS/MWCNT. The results indicated that optimal porosity (60%) and MWCNT content (0.5 wt.%) could guarantee improvement in pressure sensitivity and Young’s modulus of PDMS/MWCNT nanocomposite foams. In the second phase, we focused on the fabrication of thermoplastic polyurethane (TPU) based closed-cell nanocomposite foams through different cost-effective scalable manufacturing methods. Porous TPU/MWCNT nanocomposites foamed by implementing a chemical blowing agent (CBA) into the nanocomposite matrix through combined compounding-compression molding methods, demonstrated high elastic modulus (up to 6.2 ± 0.6 MPa) and compressibility (up to 68.5% compressive strain). According to the theoretical approaches, different modifications of HT employed in solid TPU/MWCNT, and Gibson and Ashby’s method employed in foam TPU/MWCNT were in good agreement with experimental results in predicting elastic modulus. To improve MWCNT dispersion, TPU/MWCNT nanocomposite foams were fabricated by solvent casting method using thermo-expandable blowing agents. The cyclic mechanical testing showed a repeatable piezoresistive behavior and deformation in each cycle with constant hysteresis for these materials. Results indicated that higher MWCNT and blowing agent contents reduced the electrical resistance of nanocomposite foams; however, in response to the compression deformation and formation of new conductive pathways, an optimum level of both parameters was necessary to meet higher pressure sensitivity.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».