Investigation of the Effect of Mixing Methods and Chemical Treatments on the Conductivity of the CNT/PLA Based Composites

La popularité croissante de l'acide polylactique (PLA) est liée à sa biocompatibilité, ses bonnes propriétés mécaniques, et sa synthèse possible à partir de ressources renouvelables. Le PLA peut être mélangée avec des charges conduisant l'électricité (par exemple des nanotubes de carbone (NTC)) pour former des composites conducteurs à base de polymères (CPC). Ces charges amènent la fonction conductrice grâce à la formation de chemins de percolation. Très légers, les CPC ont le potentiel de remplacer les métaux dans l'industrie électronique s'ils atteignent des conductivités électriques similaires. Les problèmes actuels qui se posent lors du mélange de nanotubes de carbone dans une matrice de polymère sont la formation d'agrégats en raison des forces de van der Waals puissantes, et la rupture des nanotubes de carbone au cours de la dispersion. Dans cette étude, nous comparons: (1) deux méthodes de fabrication pour créer des CPC (soit le mélange de solution par ultra-sons et l'extrusion) (2) les effets des différentes techniques de fonctionnalisation NTC (c'est à dire, traitements par acide ou plasma) et (3) l'effet de l'utilisation de molécules de liaison telle que la para-phénylènediamine, qui agissent comme des ponts entre les NTC dans le CPC, et l'effet sur la conductivité des CPC. Ces matériaux composites conducteurs peuvent trouver des applications technologiques diverses qui soit nécessitent, soit peuvent bénéficier, de la capacité à réaliser des éléments avec des motifs microscopiques dans des architectures en deux dimensions (2D) et en trois dimensions (3D). Une technique de fabrication en écriture directe est utilisée pour réaliser ces motifs imprimés, en utilisant la solution de CPC comme encre. Tout d'abord, les composites comprenant 30% massique de PLA dans du dichlorométhane (DCM) et des NTC à différentes concentrations (jusqu'à 5 %massique) sont fabriqués par une méthode en deux étapes de traitement par ultrasons (c'est à dire dissoudre le PLA dans du DCM, puis la disperser des NTC dans la solution de polymère). Deuxièmement, les CPC sont fabriqués en utilisant une micro extrudeuse à double vis fonctionnant à 180⁰C. Pour vérifier les effets de la fonctionnalisation des nanotubes de carbone sur la conductivité des matériaux composites, les NTC sont fonctionnalisés par trois méthodes: - fonctionnalisation par l'acide HNO₃, fonctionnalisation par acide (plus fort) HNO₃ + H₂SO₄ avec un ratio de 3 :1, et fonctionnalisation par plasma N₂.