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Tunable Piezoelectricity of Multifunctional Boron Nitride Nanotube/Poly(dimethylsiloxane) Stretchable Composites.
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2020-09-21 , DOI: 10.1002/adma.202004607 Peter Snapp 1 , Chullhee Cho 1 , Dongwon Lee 2, 3 , Md Farhadul Haque 1 , SungWoo Nam 1, 4 , Cheol Park 5
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2020-09-21 , DOI: 10.1002/adma.202004607 Peter Snapp 1 , Chullhee Cho 1 , Dongwon Lee 2, 3 , Md Farhadul Haque 1 , SungWoo Nam 1, 4 , Cheol Park 5
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Boron nitride nanotubes (BNNT) uniformly dispersed in stretchable materials, such as poly(dimethylsiloxane) (PDMS), could create the next generation of composites with augmented mechanical, thermal, and piezoelectric characteristics. This work reports tunable piezoelectricity of multifunctional BNNT/PDMS stretchable composites prepared via co‐solvent blending with tetrahydrofuran (THF) to disperse BNNTs in PDMS while avoiding sonication or functionalization. The resultant stretchable BNNT/PDMS composites demonstrate augmented Young's modulus (200% increase at 9 wt% BNNT) and thermal conductivity (120% increase at 9 wt% BNNT) without losing stretchability. Furthermore, BNNT/PDMS composites demonstrate piezoelectric responses that are linearly proportional to BNNT wt%, achieving a piezoelectric constant (|d33|) of 18 pmV−1 at 9 wt% BNNT without poling, which is competitive with commercial piezoelectric polymers. Uniquely, BNNT/PDMS accommodates tensile strains up to 60% without plastic deformation by aligning BNNTs, which enhances the composites’ piezoelectric response approximately five times. Finally, the combined stretchable and piezoelectric nature of the composite was exploited to produce a vibration sensor sensitive to low‐frequency (≈1 kHz) excitation. This is the first demonstration of multifunctional, stretchable BNNT/PDMS composites with enhanced mechanical strength and thermal conductivity and furthermore tunable piezoelectric response by varying BNNT wt% and applied strain, permitting applications in soft actuators and vibration sensors.
中文翻译：
多功能氮化硼纳米管/聚（二甲基硅氧烷）可拉伸复合材料的可调压电。
氮化硼纳米管（BNNT）均匀地分散在诸如聚二甲基硅氧烷（PDMS）等可拉伸材料中，可以制造出具有增强的机械，热和压电特性的下一代复合材料。这项工作报告了多功能BNNT / PDMS可拉伸复合材料的可调压电性，该复合材料是通过与四氢呋喃（THF）共溶剂共混而制备的，以将BNNTs分散在PDMS中，同时避免了超声处理或功能化。所得的可拉伸的BNNT / PDMS复合材料显示出增加的杨氏模量（在9wt％的BNNT下增加200％）和热导率（在9wt％的BNNT下增加120％）而不会损失可拉伸性。此外，BNNT / PDMS复合材料显示出与BNNT wt％成线性比例的压电响应，从而实现了压电常数（| d 33| BNNT在9 wt％时为18 pmV -1）而不极化，与商用压电聚合物相比具有竞争力。独特的是，BNNT / PDMS可通过对齐BNNT来承受高达60％的拉伸应变，而不会发生塑性变形，这将复合材料的压电响应提高了大约五倍。最后，利用复合材料的可伸缩性和压电性相结合来生产对低频（≈1kHz）激发敏感的振动传感器。这是多功能，可拉伸的BNNT / PDMS复合材料的首次展示，该复合材料具有增强的机械强度和导热性，并且通过改变BNNT的重量百分比和所施加的应变，还具有可调节的压电响应，从而允许在软致动器和振动传感器中使用。
更新日期：2020-10-26
中文翻译：
多功能氮化硼纳米管/聚（二甲基硅氧烷）可拉伸复合材料的可调压电。
氮化硼纳米管（BNNT）均匀地分散在诸如聚二甲基硅氧烷（PDMS）等可拉伸材料中，可以制造出具有增强的机械，热和压电特性的下一代复合材料。这项工作报告了多功能BNNT / PDMS可拉伸复合材料的可调压电性，该复合材料是通过与四氢呋喃（THF）共溶剂共混而制备的，以将BNNTs分散在PDMS中，同时避免了超声处理或功能化。所得的可拉伸的BNNT / PDMS复合材料显示出增加的杨氏模量（在9wt％的BNNT下增加200％）和热导率（在9wt％的BNNT下增加120％）而不会损失可拉伸性。此外，BNNT / PDMS复合材料显示出与BNNT wt％成线性比例的压电响应，从而实现了压电常数（| d 33| BNNT在9 wt％时为18 pmV -1）而不极化，与商用压电聚合物相比具有竞争力。独特的是，BNNT / PDMS可通过对齐BNNT来承受高达60％的拉伸应变，而不会发生塑性变形，这将复合材料的压电响应提高了大约五倍。最后，利用复合材料的可伸缩性和压电性相结合来生产对低频（≈1kHz）激发敏感的振动传感器。这是多功能，可拉伸的BNNT / PDMS复合材料的首次展示，该复合材料具有增强的机械强度和导热性，并且通过改变BNNT的重量百分比和所施加的应变，还具有可调节的压电响应，从而允许在软致动器和振动传感器中使用。
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