Исследование электрофизических свойств композиционного материала на основе АБС-пластика и функционализированных углеродных нанотрубок для 3Д-печати биполярных пластин

Авторы

  • Сергей Мансурович Хантимеров Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ КазНЦ РАН
  • Ранис Рамисович Гарипов Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ КазНЦ РАН
  • Юлия Мансуровна Хантимерова Институт прикладных исследований АН РТ
  • Павел Николаевич Тогулев Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ КазНЦ РАН
  • Наиль Муратович Сулейманов Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ КазНЦ РАН

DOI:

https://doi.org/10.54708/26587572_2026_8326114

Ключевые слова:

углеродные нанотрубки, АБС, электропроводность, FDM-печать, биполярная пластина

Аннотация

Разработан и изготовлен электропроводящий филамент на основе акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС) и функционализированных одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) марки Tuball. Функционализацию ОУНТ проводили кислотной обработкой в смеси HNO₃/HCl. Методом послойного наплавления (FDM) изготовлен лабораторный образец биполярной пластины (БПП) с газораспределительными каналами. Электропроводность образцов с концентрацией ОУНТ 1,5 вес.%, отпечатанных при оптимальной температуре 250 °C, достигла 1,1 × 10⁻3 См/см. Обсуждается возможность применения разработанного композита для изготовления прототипов БПП маломощных электрохимических устройств.

Библиографические ссылки

Nurazzi N.M., Asyraf M.R.M., Khalina A. et al. Fabrication, functionalization, and application of carbon nanotube-reinforced polymer composite: An overview // Polymers. 13(7), 1047 (2021). https://doi.org/10.3390/polym13071047.

Mora A., Verma P., Kumar S. Electrical conductivity of CNT/polymer composites: 3D printing, measurements and modeling // Composites Part B: Engineering. 183, 107600 (2020). https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107600.

Iqbal A., Saeed A., Ul-Hamid A. A review featuring the fundamentals and advancements of polymer/CNT nanocomposite application in aerospace industry // Polymer Bulletin. 78, 539–557 (2021). https://doi.org/10.1007/s00289-019-03096-0.

Hia I.L., Snyder A.D., Turicek J.S., et al. Electrically conductive and 3D-printable copolymer/MWCNT nanocomposites for strain sensing // Composites Science and Technology. 232, 109850 (2023). https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109850.

Zhao D., Liu X., Meves J., et al. 3D Printed and embedded strain sensors in structural composites for loading monitoring and damage diagnostics // Journal of Composites Science. 7(10), 437 (2023). https://doi.org/10.3390/jcs7100437.

Bajpai A., Jain P.K. Investigation on 3D printing of graphene and multi-walled carbon nanotube mixed flexible electrically conductive parts using fused filament fabrication // Journal of Materials Engineering and Performance. 32, 6319–6328 (2023). https://doi.org/10.1007/s11665-022-07574-x.

Sheikh T., Behdinan K. Novel experimental and multiscale study of additively manufactured ABScarbon nanotubes nanocomposites // Applied Materials Today. 35, 101963 (2023). https://doi.org/10.1016/j.apmt.2023.101963.

Sharifi J., Rizvi G., Fayazfar H. Sustainable 3D printing of enhanced carbon nanotube-based polymeric nanocomposites: green solvent-based casting for eco-friendly electrochemical sensing applications // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 131, 4825 (2024). https://doi.org/10.1007/s00170-024-13337-w.

Wilberforce T., Ijaodola O., Ogungbemi E., et al. Technical evaluation of proton exchange membrane (PEM) fuel cell performance – a review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 113, 109286 (2019). https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109286.

Li W., Xie Z., Zeng H. Current status of research on composite bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs): nanofillers and structure optimization // RSC Advances. 14, 7316 (2024). https://doi.org/10.1039/D3RA08054D.

Chen J., Fan R., Qin N., et al. Recent advances on materials and technologies of composite bipolar plate for proton exchange membrane fuel cell // Journal of Power Sources. 594, 234009 (2024). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.234009

Kristiawan R.B., Imaduddin F., Ariawan D., Arifin Z. A review on the fused deposition modeling (FDM) 3D printing: Filament processing, materials, and printing parameters // Open Engineering. 11, 639–649 (2021). https://doi.org/10.1515/eng-2021-0063.

Podsiadły B., Matuszewski P., Skalski A., Słoma M. Carbon nanotube-based composite filaments for 3D printing of structural and conductive elements // Applied Sciences. 11(3), 1272 (2021). https://doi.org/10.3390/app11031272.

Piri H., Bi X.T., Li H., Wang H. 3D-printed fuel-cell bipolar plates for evaluating flow-field performance // Clean Energy. 4(2), 142–157 (2020). https://doi.org/10.1093/ce/zkaa007.

Madheswaran D.K., Thangavelu P. MWCNTinfused polyaniline composite–based bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells fabricated via 3D printing // Ionics. 30, 6349–6368 (2024). https://doi.org/10.1007/s11581-024-05743-7.

Dul S., Fambri L., Pegoretti A. Filaments production and fused deposition modelling of ABS/carbon nanotubes composites // Nanomaterials. 8(1), 49 (2018). https://doi.org/10.3390/nano8010049.

Shaqour B., Abuabiah M., Abdel-Fattah S., et al. Gaining a better understanding of the extrusion process in fused filament fabrication 3D printing: a review // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 114, 1279–1291 (2021). https://doi.org/10.1007/s00170-021-06918-6.

Garipov R.R., Khantimerov S.M., L’vov S.G. et al. Effect of thermochemical treatment on the state of SWNT and on the electrical conductivity of epoxy-SWNT composites // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 28(12), 1057–1064 (2020). https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/1536383X.2020.1833191.

Garipov R.R., L’vov S.G., Khantimerov S.M., et al. Electrical properties of low-doped carbon nanotubes/epoxy resin composite material cured in an electric field // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 30, 113–118 (2022). https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/1536383X.2021.1986484.

Kablov E.N., Pykhtin A.A., Sorokin A.E., Larionov S.A. Effect of the functionalization method of carbon nanotubes on the technological and performance properties of ABS-based filaments for FDM printing // Nanobiotechnology Reports. 17(6), 780–787 (2022). https://doi.org/10.1134/S2635167622040127.

Sorokin A.E., Pykhtin A.A., Larionov S.A., Kondrashov S.V. Formation features of electric conductive networks in the ABS/MCNT composite when manufacturing filament for FDM-printing // Nanobiotechnology Reports. 16(4), 473–479 (2021). https://doi.org/10.1134/S2635167621040133.

Nowka M., Hilbig K., Schulze L., et al. Influence of process parameters in material extrusion on product properties using the example of the electrical resistivity of conductive polymer composites // Polymers. 15(22), 4452 (2023). https://doi.org/10.3390/polym15224452.

Dul S., Ecco L.G., Pegoretti A., Fambri L. Graphene/carbon nanotube hybrid nanocomposites: Effect of compression molding and fused filament fabrication on properties // Polymers. 12(1), 101 (2020). https://doi.org/10.3390/polym12010101.

Загрузки

Опубликован

2026-27-09

Как цитировать

Хантимеров, С. М., Гарипов, Р. Р., Хантимерова, Ю. М., Тогулев, П. Н., & Сулейманов, Н. М. . (2026). Исследование электрофизических свойств композиционного материала на основе АБС-пластика и функционализированных углеродных нанотрубок для 3Д-печати биполярных пластин. Materials. Technologies. Design, 8(3 (26), 114–122. https://doi.org/10.54708/26587572_2026_8326114