A strain sensor has been fabricated from a polymer nanocomposite with multiwalled carbon nanotube (MWNT) fillers. The piezoresistivity of this nanocomposite strain sensor has been investigated based on an improved three-dimensional (3D) statistical resistor network model incorporating the tunneling effect between the neighboring carbon nanotubes (CNTs), and a fiber reorientation model. The numerical results agree very well with the experimental measurements. As compared with traditional strain gauges, much higher sensitivity can be obtained in the nanocomposite sensors when the volume fraction of CNT is close to the percolation threshold. For a small CNT volume fraction, weak nonlinear piezoresistivity is observed both experimentally and from numerical simulation. The tunneling effect is considered to be the principal mechanism of the sensor under small strains.

Extensive numerical simulation and experimental measurements have been conducted to understand the effects of processing parameters and material properties on sensor sensitivity in polymer/carbon nanotube (CNT) composite sensors. The numerical simulation was based on an improved three-dimensional statistical resistor network model incorporating the tunneling effect between the neighbouring nanotubes, and a fiber reorientation model. The behaviors of a sensor subjected to both tensile and compressive strains were investigated. Both numerical and experimental results indicate that a higher tunneling resistance or higher ratio of the tunneling resistance to the total resistance of the sensor leads to a higher sensor sensitivity. Processing conditions and material properties, such as weight fraction, diameter and conductivity of CNTs, curing temperature, mixing rate and barrier height of polymer matrix all play a role in determining the sensor sensitivity.

The electrical properties of polymer nanocomposites containing a small amount of carbon nanotube (CNT) are remarkably superior to those of conventional electronic composites. Based on three-dimensional (3D) statistical percolation and 3D resistor network modeling, the electrical properties of CNT nanocomposites, at and after percolation, were successfully predicted in this work. The numerical analysis was also extended to investigate the effects of the aspect ratio, the electrical conductivity, the aggregation and the shape of CNTs on the electrical properties of the nanocomposites. A simple empirical model was also established based on present numerical simulations to predict the electrical conductivity in several electronic composites with various fillers. This investigation further highlighted the importance of theoretical and numerical analyses in the exploration of basic physical phenomena, such as percolation and conductivity in novel nanocomposites.

Abstract Stable and seamless interfaces among solid components in all‐solid‐state batteries (ASSBs) are crucial for high ionic conductivity and high rate performance. This can be achieved by the combination of functional inorganic material and flexible polymer solid electrolyte. In this work, a flexible all‐solid‐state composite electrolyte is synthesized based on oxygen‐vacancy‐rich Ca‐doped CeO 2 (Ca–CeO 2 ) nanotube, lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), and poly(ethylene oxide) (PEO), namely Ca–CeO 2 /LiTFSI/PEO. Ca–CeO 2 nanotubes play a key role in enhancing the ionic conductivity and mechanical strength while the PEO offers flexibility and assures the stable seamless contact between the solid electrolyte and the electrodes in ASSBs. The as‐prepared electrolyte exhibits high ionic conductivity of 1.3 × 10 −4 S cm −1 at 60 °C, a high lithium ion transference number of 0.453, and high‐voltage stability. More importantly, various electrochemical characterizations and density functional theory (DFT) calculations reveal that Ca–CeO 2 helps dissociate LiTFSI, produce free Li ions, and therefore enhance ionic conductivity. The ASSBs based on the as‐prepared Ca–CeO 2 /LiTFSI/PEO composite electrolyte deliver high‐rate capability and high‐voltage stability.

High-loading sulfur electrode with ultrahigh areal capacity was easily achieved by exploiting a robust and efficient biopolymer network binder.

Graphene has attracted considerable interest over recent years due to its intrinsic mechanical, thermal and electrical properties. Incorporation of small quantity of graphene fillers into polymer can create novel nanocomposites with im- proved structural and functional properties. This review introduced the recent progress in fabrication, properties and potential applications of graphene-polymer composites. Recent research clearly confirmed that graphene-polymer na-nocomposites are promising materials with applications ranging from transportation, biomedical systems, sensors, elec-trodes for solar cells and electromagnetic interference. In addition to graphene-polymer nanocomposites, this article also introduced the synergistic effects of hybrid graphene-carbon nanotubes (CNTs) on the properties of composites. Finally, some technical problems associated with the development of these nanocomposites are discussed.

Abstract Si anodes suffer an inherent volume expansion problem. The consensus is that hydrogen bonds in these anodes are preferentially constructed between the binder and Si powder for enhanced adhesion and thus can improve cycling performance. There has been little research done in the field of understanding the contribution of the binder's mechanical properties to performance. Herein, a simple but effective strategy is proposed, combining hard/soft polymer systems, to exploit a robust binder with a 3D interpenetrating binding network (3D‐IBN) via an in situ polymerization. The 3D‐IBN structure is constructed by interweaving a hard poly(furfuryl alcohol) as the skeleton with a soft polyvinyl alcohol (PVA) as the filler, buffering the dramatic volume change of the Si anode. The resulting Si anode delivers an areal capacity of >10 mAh cm −2 and enables an energy density of >300 Wh kg −1 in a full lithium‐ion battery (LIB) cell. The component of the interweaving binder can be switched to other polymers, such as replacing PVA by thermoplastic polyurethane and styrene butadiene styrene. Such a strategy is also effective for other high‐capacity electroactive materials, e.g., Fe 2 O 3 and Sn. This finding offers an alternative approach in designing high‐areal‐capacity electrodes through combined hard and soft polymer binders for high‐energy‐density LIBs.