Електропровідність нанокомпозитів з присадкою багатошарових УНТ

Як відомо, присадка вуглецевих нанотрубок (ВНТ) до полімерних матеріалів радикальним чином змінює електричні характеристики останніх. Провідність композитних матеріалів, що містять невелику кількість УНТ, має перколяционную природу і здійснюється по каналах, утвореним у результаті випадкових контактів між сусідніми УНТ. Зазвичай вважається, що перколяционная провідність визначається властивостями нанотрубок, заповнюють композитний матеріал, і слабо залежить від типу полімерної матриці. Однак в [1] роботі, виконаній нещодавно співробітниками Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Швейцарія), було встановлено, що механізм провідності нанокомпозитів з присадкою УНТ в значній мірі визначається умовами приготування полімерної матриці. Показано, що в залежності від цих умов реалізується або перколяционный, або тунельний механізм провідності.

В якості полімерної матриці використовували епоксидну смолу SU8, яка завдяки наявності фотоініціювальної присадки (ФІП) швидко полімеризується під дією УФ опромінення і тому широко застосовується в мікроелектроніці як фоторезист. Багатошарові УНТ з середнім діаметром 13.3 нм і довжиною близько 10 мкм були синтезовані методом хімічного осадження парів (CVD) при температурі 640оС в присутності частинок Fe-Co, що грають роль каталізатора. Досліджували 3 типи зразків нанокомпозиту: у першому випадку (N-P) полімер не піддавали процесу полімеризації; у другому випадку (P) полімеризацію проводили за допомогою термообробки зразків різного складу при температурі 150оС, а в третьому випадку (P-B) температура термообробки становила 200оС. Вимірювання провідності були виконані чотирьохконтактним методом на тонких зразках композиту розміром 2×1 см2. Зміст УНТ у зразках варіювалося від 0.1% до 5% (за масою).

Рис. 1 Залежності провідності зразків нанокомпозитів різного типу в координатах
φ – φ (а), σ – logφ (b) і σ -1/φ (с) (φ – від масової частки УНТ в композиті).

Вимірювання залежності провідності зразків нанокомпозитів різного типу від змісту ВНТ (рис. 1) показують, що провідність зразків, що піддалися полімеризації (Р і Р-В) завжди перевищує величину цього параметра для неполімерізованих зразків того ж складу. Інша особливість отриманих даних пов’язана з поведінкою виміряних залежностей поблизу перколяційного порогу. Так, якщо для полімеризованих зразків ці залежності, представлені в логарифмічному масштабі (рис. 1b), близькі до лінійної функції, характерної для перколяційного механізму провідності, то для неполімерізованих зразків ця залежність сильно відрізняється від лінійної. Така особливість вказує на відмінність механізмів провідності для полімеризованих і неполімерізованих зразків. Однак у випадку неполімерізованих зразків лінійний характер спостерігається залежності провідності від параметра (1/φ), що вказує на тунельний механізм провідності зразків цього типу. Таким чином, можна зробити висновок, що полімеризація полімерної матриці призводить до зміни середньої відстані між нанотрубками, що, в свою чергу, супроводжується заміною тунельного механізму провідності на чисто перколяционный.

1. Grimaldi C. et al., Appl. Phys. Lett. 102, 223114 (2013).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *