Abstract A functional polymer-matrix composite (PMC) with controllable material properties is emerging as a promising material for the smart sensors in structural health monitoring (SHM). A GnF/PDMS composite is developed as a new functional PMC by blending graphite nanoflakes (GnFs) with polydimethylsiloxane (PDMS) where GnF and PDMS are used as a reinforcing/conductive filler and an elastic host matrix, respectively. We characterize the mechanoelectrical property-controllable GnF/PDMS composite, mainly focusing on the following issues: (i) determination of the best solvent for the preparation of a GnF/PDMS composite solution, (ii) exploration of changes in the mechanoelectrical properties of the functional PMC induced by variations in the aspect ratio (AR) and concentration of GnF. Among 9 kinds of common solvents, benzene shows both high GnF dispersibility and excellent PDMS compatibility, therefore being chosen as the optimal solvent. Variations in GnF AR (223–1017) and GnF concentration (1.0–25.0 wt.%) lead to significant changes in the elastic modulus, fracture strain, electrical conductivity, and gauge factor of the functional PMC in the ranges of 0.39–13.8 MPa, 0.09 to 2.54, 6.97 × 10−6 to 221.0 S/m, and 6 to about 37,000, respectively. The empirical models for predicting the mechanoelectrical properties of the functional PMC are also intensively studied. Our GnF/PDMS composite is expected to be used as a functional PMC for the development of smart sensors that detect deformation and fracture in structures.

中文翻译：

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由 GnF 的纵横比和浓度控制的 GnF/PDMS 复合材料的机电性能

摘要 具有可控材料特性的功能性聚合物基复合材料 (PMC) 正在成为结构健康监测 (SHM) 中智能传感器的有前途的材料。通过将石墨纳米薄片 (GnFs) 与聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 混合，GnF/PDMS 复合材料被开发为一种新的功能 PMC，其中 GnF 和 PDMS 分别用作增强/导电填料和弹性基质。我们表征了机械电性能可控的 GnF/PDMS 复合材料，主要关注以下问题：（i）确定用于制备 GnF/PDMS 复合溶液的最佳溶剂，（ii）探索机械电性能的变化由纵横比 (AR) 和 GnF 浓度的变化引起的功能性 PMC。9种常用溶剂中，苯表现出高 GnF 分散性和优异的 PDMS 相容性，因此被选为最佳溶剂。GnF AR (223–1017) 和 GnF 浓度 (1.0–25.0 wt.%) 的变化导致功能 PMC 的弹性模量、断裂应变、电导率和应变系数在 0.39–13.8 MPa 范围内发生显着变化，分别为 0.09 至 2.54、6.97 × 10-6 至 221.0 S/m 和 6 至约 37,000。还深入研究了用于预测功能 PMC 机电特性的经验模型。我们的 GnF/PDMS 复合材料有望用作功能性 PMC，用于开发检测结构变形和断裂的智能传感器。GnF AR (223–1017) 和 GnF 浓度 (1.0–25.0 wt.%) 的变化导致功能 PMC 的弹性模量、断裂应变、电导率和应变系数在 0.39–13.8 MPa 范围内发生显着变化，分别为 0.09 至 2.54、6.97 × 10-6 至 221.0 S/m 和 6 至约 37,000。还深入研究了用于预测功能 PMC 机电特性的经验模型。我们的 GnF/PDMS 复合材料有望用作功能性 PMC，用于开发检测结构变形和断裂的智能传感器。GnF AR (223–1017) 和 GnF 浓度 (1.0–25.0 wt.%) 的变化导致功能 PMC 的弹性模量、断裂应变、电导率和应变系数在 0.39–13.8 MPa 范围内发生显着变化，分别为 0.09 至 2.54、6.97 × 10-6 至 221.0 S/m 和 6 至约 37,000。还深入研究了用于预测功能 PMC 机电特性的经验模型。我们的 GnF/PDMS 复合材料有望用作功能性 PMC，用于开发检测结构变形和断裂的智能传感器。还深入研究了用于预测功能 PMC 机电特性的经验模型。我们的 GnF/PDMS 复合材料有望用作功能性 PMC，用于开发检测结构变形和断裂的智能传感器。还深入研究了用于预测功能 PMC 机电特性的经验模型。我们的 GnF/PDMS 复合材料有望用作功能性 PMC，用于开发检测结构变形和断裂的智能传感器。