碳纳米管/聚合物纳米复合材料导电性与渗流行为的微机械建模：形态调控机制研究

【编辑推荐】来自国际团队的研究人员通过微机械建模（mean-field理论）系统研究了碳纳米管(CNT)/聚合物纳米复合材料中均质、团聚和隔离三种形态对导电性及渗流阈值(Pc)的影响，揭示κ/M关系式中κ>0.5(团聚)、=0.5(均质)、<0.5(隔离)的调控规律，为开发低渗流阈值(<0.01 vol.%)的高性能导电复合材料提供理论依据。

　　

这项突破性研究深入解析了碳纳米管(CNT)/聚合物纳米复合材料的导电奥秘。当这些比头发丝细万倍的CNT在聚合物中排列时，它们的"队形"——均质分布、抱团成簇(agglomerated)或分区驻扎(segregated)，会像交通网络般显著影响电子通行效率。

通过精妙的微机械建模，研究者发现：当CNT们"扎堆"时(κ>0.5)，导电性能骤降，渗流阈值(P_c)飙升到约4 vol.%；而采用新型制备工艺形成的"隔离布阵"(κ<0.5)，竟能创造P_c<0.01 vol.%的奇迹！这个κ/M的数学魔法公式中，长径比(M)就像CNT的"身材比例"，而κ系数则成为判断它们"纪律性"的标尺。

实验数据验证了这个模型的普适性，为设计下一代柔性电子器件、智能医用材料提供了精准的"导电配方"。想象未来的人工神经或可穿戴设备，或许就藏着这些在聚合物里"列队"的纳米管小精灵呢！