Due to their unique set of properties, polymer composites reinforced with graphenic nanoparticles are materials of interest for applications such as actuators, sensors, and degradable electronic components. To implement polymer nanocomposites in such applications, it is necessary to understand how both processing conditions and aging affect their properties. This is especially important when the matrix is composed of a semicrystalline polymer susceptible to transformations due to aging. In this study, we investigate the physical properties of a biodegradable polymer nanocomposite, comprising a polyhydroxybutyrate (PHB) matrix loaded with graphene nanoplatelets (GNP) as a conductive filler. PHB/GNP nanocomposite films were prepared at different solvent casting temperatures ranging from 80 to 140°C. Results show that electrical resistivity decreased— from 42.3 Ω cm for 80°C to 3.01 Ω cm for 110°C and 1.5 Ω cm for 140°C—with increasing solvent casting temperature. Moreover, for nanocomposite films containing less than 10 wt% of GNP and processed at 80°C, we observed significant decrease in resistivity (>50%) over time when the sample was aged at room temperature. We postulate that this decrease in resistivity arises from the cold‐crystallization of PHB, as observed by X‐ray diffraction analysis, and the densification of the polymer matrix, which is a direct consequence of an increase in crystallinity of nearly 20% over 168 h of aging. These results show that understanding the aging behavior of nanocomposites made from semicrystalline polymers such as PHB is crucial when designing conductive polymer composites and active devices.

中文翻译：

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溶剂流延温度和物理老化对聚羟基丁酸酯-石墨烯纳米片复合材料的影响

由于其独特的性能，用石墨烯纳米颗粒增强的聚合物复合材料是诸如致动器，传感器和可降解电子组件等应用的关注材料。为了在此类应用中实现聚合物纳米复合材料，有必要了解加工条件和老化如何影响其性能。当基体由容易因老化而转变的半结晶聚合物组成时，这一点尤为重要。在这项研究中，我们研究了一种可生物降解的聚合物纳米复合材料的物理性能，该复合材料包含负载有石墨烯纳米片（GNP）作为导电填料的聚羟基丁酸酯（PHB）基质。PHB / GNP纳米复合膜是在80至140°C的不同溶剂浇铸温度下制备的。结果表明，随着溶剂浇铸温度的升高，电阻率从80°C的42.3Ωcm降低到110°C的3.01Ωcm和140°C的1.5Ωcm。此外，对于含少于10％（重量）GNP且在80°C处理的纳米复合薄膜，我们观察到样品在室温下老化时，电阻率随时间的推移会显着降低（> 50％）。我们假设电阻率的下降是由PHB的冷结晶（如X射线衍射分析所观察到的）和聚合物基体的致密化引起的，这是168小时内结晶度增加近20％的直接结果。衰老。这些结果表明，在设计导电聚合物复合材料和有源器件时，了解由半结晶聚合物（例如PHB）制成的纳米复合材料的老化行为至关重要。80°C为3Ωcm，110°C为3.01Ωcm，140°C为1.5Ωcm-随着溶剂浇铸温度的升高。此外，对于含少于10％（重量）GNP且在80°C处理的纳米复合薄膜，我们观察到样品在室温下老化时，电阻率随时间的推移会显着降低（> 50％）。我们假设电阻率的下降是由PHB的冷结晶（如X射线衍射分析所观察到的）和聚合物基体的致密化引起的，这是168小时内结晶度增加近20％的直接结果。衰老。这些结果表明，在设计导电聚合物复合材料和有源器件时，了解由半结晶聚合物（例如PHB）制成的纳米复合材料的老化行为至关重要。80°C为3Ωcm，110°C为3.01Ωcm，140°C为1.5Ωcm-随着溶剂浇铸温度的升高。此外，对于含少于10％（重量）GNP且在80°C处理的纳米复合薄膜，我们观察到样品在室温下老化时，电阻率随时间的推移会显着降低（> 50％）。我们假设电阻率的下降是由PHB的冷结晶（如X射线衍射分析所观察到的）和聚合物基体的致密化引起的，这是168小时内结晶度增加近20％的直接结果。衰老。这些结果表明，在设计导电聚合物复合材料和有源器件时，了解由半结晶聚合物（例如PHB）制成的纳米复合材料的老化行为至关重要。140°C时为5Ωcm-随着溶剂浇铸温度的升高。此外，对于含少于10％（重量）GNP且在80°C处理的纳米复合薄膜，我们观察到样品在室温下老化时，电阻率随时间的推移会显着降低（> 50％）。我们假设电阻率的下降是由PHB的冷结晶（如X射线衍射分析所观察到的）和聚合物基体的致密化引起的，这是168小时内结晶度增加近20％的直接结果。衰老。这些结果表明，在设计导电聚合物复合材料和有源器件时，了解由半结晶聚合物（例如PHB）制成的纳米复合材料的老化行为至关重要。140°C时为5Ωcm-随着溶剂浇铸温度的升高。此外，对于含少于10％（重量）GNP且在80°C处理的纳米复合薄膜，我们观察到样品在室温下老化时，电阻率随时间的推移会显着降低（> 50％）。我们假设电阻率的下降是由PHB的冷结晶（如X射线衍射分析所观察到的）和聚合物基体的致密化引起的，这是168小时内结晶度增加近20％的直接结果。衰老。这些结果表明，在设计导电聚合物复合材料和有源器件时，了解由半结晶聚合物（例如PHB）制成的纳米复合材料的老化行为至关重要。对于含有少于10％（重量）GNP的纳米复合薄膜，并在80°C下进行处理，我们观察到样品在室温下老化时，电阻率会随时间显着降低（> 50％）。我们假设电阻率的下降是由PHB的冷结晶（如X射线衍射分析所观察到的）和聚合物基体的致密化引起的，这是168小时内结晶度增加近20％的直接结果。衰老。这些结果表明，在设计导电聚合物复合材料和有源器件时，了解由半结晶聚合物（例如PHB）制成的纳米复合材料的老化行为至关重要。对于含有少于10％（重量）GNP的纳米复合薄膜，并在80°C下进行处理，我们观察到样品在室温下老化时，电阻率会随时间显着降低（> 50％）。我们假设电阻率的下降是由PHB的冷结晶（如X射线衍射分析所观察到的）和聚合物基体的致密化引起的，这是168小时内结晶度增加近20％的直接结果。衰老。这些结果表明，在设计导电聚合物复合材料和有源器件时，了解由半结晶聚合物（例如PHB）制成的纳米复合材料的老化行为至关重要。我们假设电阻率的下降是由PHB的冷结晶（如X射线衍射分析所观察到的）和聚合物基体的致密化引起的，这是168小时内结晶度增加近20％的直接结果。衰老。这些结果表明，在设计导电聚合物复合材料和有源器件时，了解由半结晶聚合物（例如PHB）制成的纳米复合材料的老化行为至关重要。我们假设电阻率的下降是由PHB的冷结晶（如X射线衍射分析所观察到的）和聚合物基体的致密化引起的，这是168小时内结晶度增加近20％的直接结果。衰老。这些结果表明，在设计导电聚合物复合材料和有源器件时，了解由半结晶聚合物（例如PHB）制成的纳米复合材料的老化行为至关重要。