PDMS-CNT based composites under compressive stress : pressure sensing and smart gaskets

Abstract

This research focuses on the electromechanical behavior of polydimethylsiloxane-carbon nanotube (PDMS-CNT)-based composites under compressive stress for application in smart gaskets with real-time pressure-sensing capabilities. These composites were fabricated at various CNT loadings via solution mixing and ultrasonication to form conductive networks. To measure the electromechanical response under stress, experiments were conducted using a texture analyzer and a custom-built vacuum sealing chamber. The measurement results demonstrate that at lower strain (<30%), the composites have good piezoresistive characteristics and greater sensitivity and stability in the axial measurements compared to the transverse configurations. At higher strain (up to 50%), the composite exhibits a Young's modulus of ~800 kPa; however, resistance is a non-monotonic function of strain. Smart gasket prototypes fabricated from these composites show real-time resistance changes corresponding to chamber-induced pressure, validating their dual functionality as realistic sealing components with sensing capabilities. Although there are limitations such as drift, hysteresis, and low sensitivity at higher strain, the findings provide a strong foundational framework for the future development of smart gaskets with better electromechanical characteristics.

Tämä tutkimus keskittyy polydimetyylisiloksaani-hiilinanoputki (PDMS-CNT) pohjau-tuvien komposiittien sähkömekaaniseen käyttäytymisen tutkimuksee puristusjännityk-sen alaisena käytettäviksi älykkäissä tiivisteissä, joissa on reaaliaikainen paineentun-nistusominaisuus. Nämä komposiitit valmistettiin erilaisilla CNT-määrillä liuossekoi-tuksella ja ultraäänellä johtavien verkkojen muodostamiseksi. Sähkömekaaninen vaste mitattiin jännityksen alaisena suorittamalla kokeita käyttäen rakenneanalysaattoria ja mittatilaustyönä valmistettua tyhjiötiivistyskammiota. Mittaustulokset osoittavat, että pienemmällä jännityksellä (<30 %) komposiiteilla on hyvät pietsoresistiiviset ominai-suudet ja suurempi herkkyys ja stabiilisuus aksiaalisissa mittauksissa verrattuna poi-kittaiskonfiguraatioihin. Suuremmalla jännityksellä (jopa 50 %) komposiitin Youngin moduuli on ~800 kPa; resistanssi on kuitenkin ei-monotoninen suhteessa venymään. Näistä komposiiteista valmistetut älykkäät tiivisteiden prototyypit osoittivat reaaliai-kaisia vastuksen muutoksia, jotka vastaavat kammiosta aiheutuvaa painetta. Se vahvis-taa niiden kaksoistoiminnallisuuden realistisina tiivistyskomponentteina, joilla on sen-sori -ominaisuudet. Vaikka on olemassa rajoituksia, kuten mittaustulosten ajautumi-nen, hystereesi ja alhainen herkkyys suuremmalla jännityksellä, tehdyt havainnot tar-joavat vahvan perustan älykkäiden tiivisteiden tulevalle kehitykselle, sekä paremmat sähkömekaaniset ominaisuudet.