Влияние гибридного наполнителя МУНТ/вОГ на электропроводность и положительный температурный коэффициент сопротивления эластомерного нанокомпозита

Исследовано влияние гибридного наполнителя МУНТ/вОГ, синтезированного методом лазерной абляции ферроценграфитовой мишени и оксида графена, на свойства эластомерного композита на основе силикона «Силагерм 8030». Методами Рамановской спектроскопии (ID/IG = 1,18–1,19) и электронной микроскопии установлено, что наполнитель представляет собой переплетающиеся нитевидные структуры диаметром 30–100 нм. Показано, что введение 1–4 масс.% гибрида МУНТ/вОГ приводит к синергическому улучшению функциональных характеристик: время выхода на стационарный тепловой режим сократилось на 26% (со 142 до 105 с), а равновесная температура возросла на 8,3°C (от 32,2°C до 40,5°C). Установлено, что наблюдаемый эффект обусловлен формированием развитой проводящей сети в полимерной матрице, где одномерные МУНТ создают протяжённые пути, а двумерные чешуйки вОГ выступают в роли токопроводящих «мостиков». Результаты работы открывают перспективы для создания энергоэффективных саморегулирующихся систем с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

1. Shahab M., Rahim M., Mutahir S. et al. Carbon based nanocomposites powering the future of wearable and bioelectronics: A review // Journal of Alloys and Compounds. 2025. N1043. P. 184296. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.184296

2. Yim Y.-J., Yoon Y.-H., Kim S.-H. et al. Carbon Nanotube/Polymer composites for functional applications// Polymers. 2025. N17. P. 119. https://doi.org/10.3390/polym17010119

3. Pargi M.N.F., Teh P. L., Hussiensyah S., Yeoh C.K. and Ghani S.A., Recycled-copperfilled epoxy composites: the effect of mixed particlesize // International Journal of Mechanical and Materials Engineering, 2015. V. 10, N3. Р. 1–10. https://doi.org/10.1186/s40712-015-0030-2.

4. Is’haq A. Mohammed, Mercy T. Bankole, Ambali S. Abdulkareem et al. Full factorial design approach to carbon nanotubes synthesis by CVD method in argon environment // South African Journal of Chemical Engineering. 2017. V. 24. P. 17–42. https://doi.org/10.1016/sajce.2017.06.001.

5. Sari A.H., Khazali A., Parhizgar S.S. Synthesis and characterization of long-CNTs by electrical arc discharge in deionized water and NaCl solution. // Int Nano. 2018. Lett 8. P. 19–23. https://doi.org/10.1007/s40089-018-0227-5.

6. Chae S.H. and Lee Y.H. Carbon nanotubes and graphene towards soft electronics // Nano Convergence. 2014. V. 1. P. 15. https://doi.org/10.1186/s40580-014-0015-5.

7. Saleh M., Gul A., Nasir A., Moses T.O., Nural Y. and Yabalak E. Comprehensive review of Carbon-based nanostructures: Properties, synthesis, characterization, and cross-disciplinary applications// Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2024. V. 146, P. 176–212. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2024.11.052.

8. Soe H.M., Manaf A.A., Matsuda A., and Jaafar M. Performance of a silver nanoparticles-based polydimethylsiloxane composite strain sensor produced using different fabrication methods // Sensors and Actuators a Physical. 2021. V. 329. P. 112793. https://doi.org/10.1016/j.sna.2021.112793

9. Golovakhin V., Litvinova V.I., Manakhov A., Latypova A.R., Novgorodtseva O.N., Ukhina A.V., Ishchenko A.V., Al-Qasim A.S., Maksimovskiy E.A. and Bannov A.G. Conductive polymer-multi-walled carbon nanotube composites for gas sensors and supercapacitors // Materials Today Communications. 2024. V. 39. P. 109163. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.109163.

10. Luo, J., Wang, S., Kang, X., Peng, C., Yuan, Q., Liu, Z., Zhou, M. and Chen, J., Multilayer heterogeneous composite material based on multi-walled carbon nanotube with wide bandwidth microwave absorption // Materials Today Nano. 2025. V. 31. P. 100669. https://doi.org/10.1016/j.mtnano.2025.100669.

11. Breen S., Jadhav V., Glynn C. and O’Dwyer C.. Porous carbon nanotube electrodes in 3D printed symmetric supercapacitors with stable electrochemical response // Electrochemistry Communications. 2025. V. 177. P. 107988. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2025.107988.

12. Lu, L., Guo, H., Wang, Y., Liu, K. X., Martin-Fabiani, I., Peijs, T., Bilotti, E., Zhang, H., and Liu, Y., Dual enhancement of Joule heating and positive temperature coefficient behaviour in biodegradable nanocomposites via hybrid carbon nanofiller networks// Composites Part a Applied Science and Manufacturing. 2025. V. 199. P. 109167. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2025.109167.

13. Camlibel N.O. and Kandola B.K. Highly sensitive textile pressure sensors with novel hierarchical architecture based on conductive polymers, silver nanoparticles and carbon nanotubes // Sensors and Actuators a Physical. 2024. V. 382. P. 116166. https://doi.org/10.1016/j.sna.2024.116166.

14. Zhang X., Xiang D., Wu Y., Harkin-Jones E., Shen J., Ye Y., Tan, W., Wang, J., Wang P., Zhao C. and Li Y. High-performance flexible strainsensors based on biaxially stretched conductive polymer composites with carbon nanotubes immobilized on reduced graphene oxide // Composites Part a Applied Science and Manufacturing. 2021. V. 151. P. 106665. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2021.106665.

15. Wang L., Zhang Z., Guo D. and Hu Z., Intrinsically flexible thickness sensor system made of coil-shaped carbon nanotube-filled polymer composite // Sensors and Actuators a Physical. 2025. V. 390, P. 116627. https://doi.org/10.1016/j.sna.2025.116627.

16. Okazaki T., Shinohara H. Synthesis and characterization of single-wall carbon nanotubes by hot-filament assisted chemical vapor deposition // Chemical Physics Letters. 2003. V. 376. P. 606–611. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(03)01042-X.

17. Yudasaka M. et al. Formation of Single-Wall carbon nanotubes: Comparison of CO2 laser ablation and ND: YAG laser ablation // The Journal of Physical Chemistry B. 1999. V. 103. P. 3576–3581. https://doi.org/10201–7.10.1021/jp983262k.

18. Das R., Shahnavaz Z., Ali M. E. et al. Can We Optimize Arc Discharge and Laser Ablation for Well-Controlled Carbon Nanotube Synthesis? // Nanoscale Res Lett. 2016. V. 510. P. 1–23. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1730-0.

19. Wang B., Hu C., and Dai L., Functionalized carbon nanotubes and graphene-based materials for energy storage// Chemical Communications, 2016. V. 52. P. 14350–14360. https://doi.org/10.1039/c6cc05581h.

20. Zhu, Z., An overview of carbon nanotubes and graphene for biosensing applications: Nano-Micro Letters. 2017. V. 9. P. 25. DOI: 10.1007/s40820-017-0128-6.

21. Гудков М.В. и др. Полимерные композиты с графеном и его производными как функциональные материалы будущего // Высокомолекулярные соединения. Сер. С. 2022. №1. С. 45.

22. Лавров И.В. и др. Концентрация напряженности температурного поля на поверхности включений графена в композите с полимерной матрицей // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2025. Т. 30. №3. С. 259.

23. Cho, B.-G., Joshi, S. R., Han, J. H., Kim, G.-H., and Park, Y.-B., Interphase strengthening of carbon fiber/polyamide 6 composites through mixture of sizing agent and reduced graphene oxide coating // Composites Part a Applied Science and Manufacturing. 2021. V. 149. P. 106521. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2021.106521.

24. Щегольков А.В., Щегольков А.В., Чумак М.А., Каминский В.В. Влияние гибридных структур УНТ/графит, полученных при СВЧ синтезе, на электро- и теплофизические свойства эластомерных композитов // Каучук и резина. 2024. Т. 83, №6. С. 328–333. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2024-83-6-328-333.

25. Ge Z., Fu B., Zhao J., Li X., Ma B. and Chen Y., A review of the electrocatalysts on hydrogen evolution reaction with an emphasis on Fe, Co and Ni-based phosphides // Journal of Materials Science. 2020. V. 55. P. 14081–14104. DOI: 10.1007/s10853-020-05010-w.

26. Щегольков А.В., Щегольков А.В., Чумак М.А., Каминский В.В. Полимерные нанокомпозиты с металлизированными углеродными нанотрубками: синтез, структура и свойства // Пластические массы. 2025. №1. С. 38-41. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2025-01-38-41.

27. Tuinstra F., Koenig J. L. Raman spectrum of graphite // J. Chem. Phys. 1970. Vol. 53, P. 1126-1130. DOI:10.1063/1.1674108.

28. Щегольков А.В., Щегольков А.В., Синтез углеродных нанотрубок с помощью СВЧ: технология, свойства и структура// Российский химический журнал. 2021. V.65, №4. С. 56-60. https://doi.org/10.6060/rcj.2021654.9.