Previsão de resistividade de tunelamento entre nanofolhas adjacentes em grafeno

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12455 (2023) Citar este artigo

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Neste trabalho, a resistividade de tunelamento entre nanofolhas vizinhas em nanocompósitos grafema-polímero é expressa por uma equação simples em função das características do grafeno e dos túneis. Esta expressão é obtida conectando dois modelos avançados para a condutividade de materiais preenchidos com grafeno, refletindo o papel do tunelamento e a área de interfase. As previsões dos modelos aplicados estão vinculadas aos dados testados de diversas amostras. As impressões de todos os fatores na resistividade do tunelamento são avaliadas e interpretadas usando a equação sugerida. Os cálculos de resistividade de tunelamento para os exemplos estudados pelo modelo e equação sugerida demonstram os mesmos níveis, o que confirma a metodologia apresentada. Os resultados indicam que a resistividade do tunelamento diminui pelo grafeno supercondutor, pequena largura de tunelamento, numerosos contatos entre nanofolhas e curto comprimento de tunelamento.

Produtos preenchidos com grafeno podem ser utilizados em diversos campos como eletrônica, blindagem eletromagnética, detecção, dispositivos de energia e diodos, pois o grafeno apresenta propriedades elétricas, mecânicas, térmicas e químicas ideais1,2,3,4,5,6,7,8, 9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. A maior proporção de aspecto e maior área superficial das nanofolhas de grafeno em comparação ao CNT causam menor início de percolação e mais condutividade . Assim, os investigadores concentraram-se amplamente nos nanocompósitos de polímero de grafeno para otimizar seu desempenho. Os estudos mais recentes sobre nanocompósitos poliméricos de grafeno têm tentado preparar as amostras com pouco início de percolação e grande condutividade pela baixa quantidade de carga20,21,22. O início da percolação se conecta inversamente à proporção do nanofiller como a razão entre diâmetro e espessura . Portanto, muitos parâmetros como dimensões, qualidade de dispersão e agregação / aglomeração de nanopartículas controlam o início da percolação e, portanto, a condutividade do nanocompósito.

Alguns novos parâmetros atribuídos à nanoescala, incluindo o efeito de tunelamento e a interfase, também podem governar o início da percolação. A ferramenta de tunelamento controla principalmente a condutividade dos nanocompósitos (aqui abreviado como condutividade), uma vez que os elétrons podem ser facilmente transportados através de pequenos túneis entre partículas vizinhas . Na verdade, a condutividade não necessita da união física das nanopartículas e assim, o efeito de tunelamento altera o início da percolação nos nanocompósitos. No entanto, apenas alguns investigadores se concentraram na condutividade de tunelamento em produtos à base de CNT29,30,31. Além disso, a interfase, devido à grande área externa das nanopartículas, pode diminuir eficientemente o início da percolação. A interfase é a camada de polímero esgotada na interface carga-polímero . As áreas de interfase que cobrem as nanopartículas podem se unir e construir as redes nas amostras . Este tópico atraente tem sido estudado para o comportamento mecânico de nanocompósitos poliméricos , mas o papel da interfase na condutividade foi pouco estudado.

Várias equações foram avançadas para a condutividade de exemplos preenchidos com CNT, assumindo os fatores do CNT, como quantidade, ondulação, condução e proporção de aspecto . Além disso, poucos estudos relataram a importância do efeito de tunelamento e da interfase na condutividade de produtos CNT . No entanto, os trabalhos de modelagem sobre a condutividade de sistemas baseados em grafeno são realmente incompletos. Os primeiros trabalhos geralmente correlacionavam o início da percolação com a relação de aspecto do enchimento e julgavam a condutividade pela equação convencional da lei de potência . Em resumo, os estudos anteriores não consideraram a interfase e os túneis no início da percolação e na condutividade, enquanto esses fatores controlam principalmente os termos mencionados.