Highly Multifunctional GNP/Epoxy Nanocomposites: From Strain-Sensing to Joule Heating Applications

Abstract

Se ha desarrollado un mapa de rendimiento de los nanocompuestos de matriz epoxi-grafeno (GNP/epoxi) de acuerdo con sus propiedades electromecánicas y electrotérmicas para aplicaciones como sensores de deformación y calentamiento por efecto Joule. Para lograr este propósito, se ha llevado a cabo un profundo estudio teórico y experimental de la conductividad térmica y eléctrica de los nanocompuestos, determinando la influencia tanto del contenido de nanorefuerzo como del tiempo de sonicación. Con respecto al procedimiento de dispersión, a menores contenidos, mayores tiempos de sonicación inducen a una disminución de la conductividad térmica y eléctrica debido a un efecto de rotura del GNP. Sin embargo, a mayores contenidos de GNP, el tiempo de sonicación implica una mejora de las propiedades eléctricas y térmicas debido a una prevalencia de mecanismos de exfoliación. Las pruebas de monitorización de deformación indican que la sensibilidad eléctrica aumenta en sentido opuesto a la conductividad eléctrica, debido a una mayor prevalencia de mecanismos de tunelización, siendo las muestras de 5% en peso las que obtuvieron los mejores resultados. Además, las pruebas de calentamiento Joule mostraron el papel dominante de los mecanismos eléctricos en la efectividad del calentamiento resistivo, siendo las muestras de 8% en peso de GNP las que obtuvieron las mejores capacidades. Teniendo en cuenta las diferentes funcionalidades, se puede concluir que las muestras al 5 % en peso con un tiempo de sonicación de 1 h son las más equilibradas para aplicaciones electrotérmicas.