Previsione della resistività di tunneling tra nanofogli adiacenti nel grafene

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12455 (2023) Citare questo articolo

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In questo lavoro, la resistività di tunneling tra nanofogli vicini nei nanocompositi grafema-polimero è espressa da una semplice equazione in funzione delle caratteristiche del grafene e dei tunnel. Questa espressione si ottiene collegando due modelli avanzati per la conduttività dei materiali riempiti di grafene che riflettono il ruolo di tunneling e l'area interfase. Le previsioni dei modelli applicati sono collegate ai dati testati di diversi campioni. Le impressioni di tutti i fattori sulla resistività tunneling vengono valutate e interpretate utilizzando l'equazione suggerita. I calcoli della resistività tunneling per gli esempi studiati dal modello e dall'equazione suggerita dimostrano gli stessi livelli, che confermano la metodologia presentata. I risultati indicano che la resistività del tunneling diminuisce a causa del grafene superconduttivo, della piccola larghezza del tunneling, dei numerosi contatti tra i nanofogli e della breve lunghezza del tunneling.

I prodotti riempiti di grafene possono essere utilizzati in diversi ambiti come l'elettronica, la schermatura elettromagnetica, il rilevamento, i dispositivi energetici e i diodi, poiché il grafene mostra proprietà elettriche, meccaniche, termiche e chimiche ideali1,2,3,4,5,6,7,8, 9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. Il rapporto d'aspetto più elevato e l'area superficiale maggiore dei nanofogli di grafene rispetto ai CNT causano un inizio di percolazione inferiore e una maggiore conduttività19. Pertanto, i ricercatori si sono ampiamente concentrati sui nanocompositi polimerici di grafene per ottimizzarne le prestazioni. Gli studi più recenti sui nanocompositi polimerici di grafene hanno provato a preparare i campioni con un basso inizio di percolazione e una grande conduttività con una bassa quantità di riempitivo20,21,22. L'inizio della percolazione è inversamente collegato alle proporzioni del nanoriempitivo come rapporto tra diametro e spessore23, 24. Pertanto, molti parametri come le dimensioni, la qualità della dispersione e l'aggregazione/agglomerazione delle nanoparticelle gestiscono l'inizio della percolazione e quindi la conduttività del nanocomposito.

Alcuni nuovi parametri attribuiti alla nanoscala, tra cui l'effetto tunnel e l'interfase, possono anche governare l'inizio della percolazione. Lo strumento tunneling controlla principalmente la conduttività dei nanocompositi (qui abbreviato come conduttività), poiché gli elettroni possono essere facilmente trasportati attraverso piccoli tunnel tra particelle vicine25,26,27,28. Infatti, la conduttività non necessita dell'unione fisica delle nanoparticelle e quindi l'effetto tunneling modifica l'inizio della percolazione nei nanocompositi. Tuttavia, solo pochi ricercatori si sono concentrati sulla conduttività effetto tunnel nei prodotti a base di CNT29,30,31. Inoltre, l'interfase, grazie all'ampia area esterna delle nanoparticelle, può ridurre efficacemente l'inizio della percolazione. L'interfase è lo strato polimerico impoverito all'interfaccia riempitivo-polimero32, 33. Le aree interfase che coprono le nanoparticelle possono unirsi e costruire le reti nei campioni34,35,36,37,38. Questo argomento interessante è stato studiato per il comportamento meccanico dei nanocompositi polimerici39,40,41,42,43, ma il ruolo dell'interfase nella conduttività è stato studiato in modo trascurabile.

Sono state avanzate varie equazioni per la conduttività di esempi riempiti di CNT assumendo fattori per i CNT quali quantità, ondulazione, conduzione e proporzioni44,45,46,47. Inoltre, pochi studi hanno riportato il significato dell'effetto tunnel e dell'interfase sulla conduttività dei prodotti CNT34, 47, 48. Tuttavia, i lavori di modellazione sulla conduttività dei sistemi basati sul grafene sono davvero incompleti. I primi lavori solitamente correlavano l'inizio della percolazione alle proporzioni del riempitivo e valutavano la conduttività mediante l'equazione convenzionale della legge di potenza49,50,51. In sintesi, gli studi precedenti non hanno considerato l'interfase e i tunnel all'inizio della percolazione e alla conduttività, mentre questi fattori controllano principalmente i termini menzionati.