ACS Nano:导电弹性体微观导电性和变形的同步可视化

导电弹性体因其独特的机械和电气特性而有望在许多领域得到广泛应用。近年来，导电纳米复合材料和准固体离子导体等固有可变形导体的研究作为材料技术的革命性突破而备受关注。在过去十年中，研究人员设计了大量方法来制造具有令人印象深刻特性的可拉伸导电弹性体。然而，要满足实际应用的各种需求，还需要在导电性能的稳定性、机械性能的可调性和电气性能的滞后性等问题上取得突破。因此，透彻了解导电弹性体的导电性和机械性能机理是改进可拉伸导电弹性体的关键，对未来导电弹性体的高效设计和开发至关重要。

近段时间，来自东京工业大学材料与化学技术学院化学科学与工程系的Xiaobin Liang教授及其团队开发了一种结合原位形变纳米机械原子力显微镜（AFM）和导电原子力显微镜的方法，成功地同时表征了纳米填料复合导电弹性体的微观形变和微观导电性。该团队在纳米尺度上可视化了碳黑和碳纳米管复合导电弹性体的导电网络结构，旨在揭示微观和宏观电学特性之间的相关性，这项技术对于了解导电弹性体的导电机理和改进导电弹性体的设计非常重要。

结果显示，导电网络与应力网络机制密切相关，在 CB 填充物含量较低的材料中，应力传递主要通过应力网络结构实现，应力网络结构附近的 CB 颗粒更容易发生位移，可能会促进导电网络的连接和破坏，从而影响整体导电性能。与此相反，在 CB 填充物含量较高的材料中，当材料受到应力时整个导电网络的效率降低。相比之下，一维结构 CNT 系统中的网络结构更加稳定，其应变对导电网络造成的破坏较小。该团队还观察到隧道传导面积随着应变的增加而逐渐减小，这可能是由于聚合物链段从填料中分离出来所产生的应力效应。

CB导电网络结构在变形过程中的微观响应

总之，这种方法能够直接观察微观导电结构并跟踪其在变形过程中的演变，有助于深入了解导电弹性体导电性和机械性能的微观机制。这种方法普遍适用于各种导电弹性体材料，是导电弹性体研究领域不可或缺的工具。

参考文献：

Liang X, Liu H, et. Simultaneous Visualization of Microscopic Conductivity and Deformation in Conductive Elastomers. ACS Nano. 2024 Jan 15. doi: 10.1021/acsnano.3c10584. Epub ahead of print. PMID: 38223995.