Effects of Brownian Motions on Electrical Conductivity and Optical Transparency of Two-Dimensional Films Filled by Needle-Like Particles

L. O. Mazur; L. A. Bulavin; N. V. Vygornitskii; N. I. Lebovka

doi:10.15407/ujpe64.4.354

Вплив броунівського руху на електропровідність та прозорість двовимірних плівок, наповнених голкоподібними частинками

Автор(и)

L. O. Mazur Київський національний університет ім. Тараса Шевченка
L. A. Bulavin Київський національний університет ім. Тараса Шевченка
N. V. Vygornitskii Інститут біоколоїдної хімії імені Ф. Д. Овчаренка НАН України
N. I. Lebovka F.D. Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry, NAS of Ukraine, Taras Shevchenko National University, Faculty of Physics

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe64.4.354

Ключові слова:

метод Монте-Карло, двовимiрнi плiвки, старiння, броунiвський рух, електропровiднiсть, оптичне пропускання

Анотація

За допомогою методу Монте-Карло (MC) дослiджено вплив броунiвського руху на електропровiднiсть та оптичну прозорiсть двовимiрних плiвок, наповнених голкоподiбними частинками (голками). Початковий стан системи одержували при використаннi процесу випадкової послiдовної адсорбцiї (RSA). При подальшiй еволюцiї (старiннi) системи були врахованi трансляцiйнi i обертальнi дифузiйнi рухи. Перетин мiж голками було заборонено. Потенцiал взаємодiї мiж голками був короткосяжним (був ненульовим при вiдстанi мiж голками менше, нiж R_c) i залежав вiд кута мiж голками ф(∝ cos² ф). В залежностi вiд параметрiв потенцiалу взаємодiї старiння призводило до утворення острiвкових, сiткоподiбних та дiркоподiбних структур. Аналiзується залежнiсть мiж електропровiднiстю та оптичною прозорiстю при старiннi.

Посилання

D.J. Lipomi, M. Vosgueritchian, B.C.K. Tee, S.L. Hellstrom, J.A. Lee, C.H. Fox, Z. Bao. Skin-like pressure and strain sensors based on transparent elastic films of carbon nanotubes. Nat. Nanotechnol. 6, 788 (2011). https://doi.org/10.1038/nnano.2011.184

L. Hu, D.S. Hecht, G. Gr?uner. Percolation in transparent and conducting carbon nanotube networks. Nano Lett. 4, 2513 (2004). https://doi.org/10.1021/nl048435y

K.-Y. Chun, Y. Oh, J. Rho, J.-H. Ahn, Y.-J. Kim, H.R. Choi, S. Baik. Highly conductive, printable and stretchable composite films of carbon nanotubes and silver. Nat. Nanotechnol. 5,853 (2010). https://doi.org/10.1038/nnano.2010.232

D.S. Hecht, L. Hu, G. Irvin. Emerging transparent electrodes based on thin films of carbon nanotubes, graphene, and metallic nanostructures. Adv. Mater. 23, 1482 (2011). https://doi.org/10.1002/adma.201003188

Y. Leterrier, L. Medico, F. Demarco, J.-A. M?anson, U. Betz, M.F. Escola, M.K. Olsson, F. Atamny. Mechanical integrity of transparent conductive oxide films for flexible polymer-based displays. Thin Solid Films 460, 156 (2004). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.01.052

J.S. Moon, J.H. Park, T.Y. Lee, Y.W. Kim, J.B. Yoo, C.Y. Park, J.M. Kim, K.W. Jin. Transparent conductive film based on carbon nanotubes and PEDOT composites. Diam. Relat. Mater. 14, 1882 (2005). https://doi.org/10.1016/j.diamond.2005.07.015

M.-J. Yim, K.-W. Paik. Design and understanding of anisotropic conductive films (ACFs) for LCD packaging. In: Proceedings of the First IEEE International Symposium on Polymeric Electronics Packaging (IEEE, 1997), p. 233.

X. Li, Y. Zhu, W. Cai, M. Borysiak, B. Han, D. Chen, R.D. Piner, L. Colombo, R.S. Ruoff. Transfer of large-area graphene films for high-performance transparent conductive electrodes. Nano Lett. 9, 4359 (2009). https://doi.org/10.1021/nl902623y

X. Wang, L. Zhi, K. M?ullen. Transparent, conductive graphene electrodes for dye-sensitized solar cells. Nano Lett. 8, 323 (2008). https://doi.org/10.1021/nl072838r

L. Lisetski, M. Soskin, N. Lebovka. Carbon nanotubes in liquid crystals: Fundamental properties and applications, in: Phys. Liq. Matter Mod. Probl. (Springer, 2015). https://doi.org/10.1007/978-3-319-20875-6_10

L. Jiang, L. Gao, J. Sun. Production of aqueous colloidal dispersions of carbon nanotubes. J. Colloid Interface Sci. 260, 89 (2003). https://doi.org/10.1016/S0021-9797(02)00176-5

S.D. Bergin, V. Nicolosi, H. Cathcart, M. Lotya, D. Rickard, Z. Sun, W.J. Blau, J.N. Coleman. Large populations of individual nanotubes in surfactant-based dispersions without the need for ultracentrifugation. J. Phys. Chem. C 112, 972 (2008). https://doi.org/10.1021/jp076915i

M. Loginov, N. Lebovka, E. Vorobiev. Laponite assisted dispersion of carbon nanotubes in water. J. Colloid Interface Sci. 365, 127 (2012). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.09.025

V. Tohver, J.E. Smay, A. Braem, P. V Braun, J.A. Lewis. Nanoparticle halos: A new colloid stabilization mechanism. Proc. Natl. Acad. Sci. 98, 8950 (2001). https://doi.org/10.1073/pnas.151063098

O. Yaroshchuk, S. Tomylko, O. Kovalchuk, N. Lebovka. Liquid crystal suspensions of carbon nanotubes assisted by organically modified Laponite nanoplatelets. Carbon 68, 389 (2014). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.11.015

B. Smith, K. Wepasnick, K.E. Schrote, H.-H. Cho, W.P. Ball, D.H. Fairbrother. Influence of surface oxides on the colloidal stability of multi-walled carbon nanotubes: A structure-property relationship. Langmuir 25, 9767 (2009). https://doi.org/10.1021/la901128k

M. Farbod, S.K. Tadavani, A. Kiasat. Surface oxidation and effect of electric field on dispersion and colloids stability of multiwalled carbon nanotubes. Colloids Surfaces A 384, 685 (2011). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2011.05.041

Y.Y. Tarasevich, V.V. Laptev, V.A. Goltseva, N.I. Lebovka. Influence of defects on the effective electrical conductivity of a monolayer produced by random sequential adsorption of linear k-mers onto a square lattice. Phys. A. Stat. Mech. Its Appl. 477, 195 (2017). https://doi.org/10.1016/j.physa.2017.02.084

Y.Y. Tarasevich, N.I. Lebovka, I.V. Vodolazskaya, A.V. Eserkepov, V.A. Goltseva, V.V. Chirkova. Anisotropy in electrical conductivity of two-dimensional films containing aligned nonintersecting rodlike particles: Continuous and lattice. Phys. Rev. E 98, 12105 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.012105

N.I. Lebovka,Y.Y.Tarasevich,N.V.Vygornitskii,A.V.Eserkepov, R.K. Akhunzhanov. Anisotropy in electrical conductivity of films of aligned intersecting conducting rods. Phys. Rev. E 98, 12104 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.012104

Y.Y. Tarasevich, I.V. Vodolazskaya, A.V. Eserkepov, V.A. Goltseva, P.G. Selin, N.I. Lebovka. Simulation of the electrical conductivity of two-dimensional films with aligned rod-like conductive fillers: Effect of the filler length dispersity. J. Appl. Phys. 124, 145106 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5051090

N.I. Lebovka, Y.Y. Tarasevich, V.A. Gigiberiya, N.V. Vygornitskii, Diffusion-driven self-assembly of rod-like particles: Monte-Carlo simulation on a square lattice. Phys. Rev. E 95, 52130 (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.052130

Y.Y. Tarasevich, V.V. Laptev, A.S. Burmistrov, N.I. Lebovka. Pattern formation in a two-dimensional two-species diffusion model with anisotropic nonlinear diffusivities: a lattice approach. J. Stat. Mech. Theory Exp. 2017, 093203 (2017). https://doi.org/10.1088/1742-5468/aa82bf

Y.Y. Tarasevich, V.V. Laptev, A.S. Burmistrov, N.I. Lebovka. Effect of aging on electrical conductivity of two-dimensional composite with rod-like fillers. J. Phys. Conf. Ser. 955, 12006 (2018). https://doi.org/10.1088/1742-6596/955/1/012006

N.I. Lebovka, Y.Y. Tarasevich, N.V. Vygornitskii. Vertical drying of a suspension of sticks: Monte Carlo simulation for continuous two-dimensional problem. Phys. Rev. E 97, 22136 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.97.022136

N.I. Lebovka, N.V. Vygornitskii, L.A. Bulavin, L.O. Mazur, L.N. Lisetski, Monte Carlo studies of optical transmission of anisotropic suspensions, J. Mol. Liq. 272, 1025 (2018). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.10.117

J.W. Evans. Random and cooperative sequential adsorption. Rev. Mod. Phys. 65, 1281 (1993). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.65.1281

G. Li, J.X. Tang. Diffusion of actin filaments within a thin layer between two walls. Phys. Rev. E 69, 61921 (2004). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.69.061921

S. Broersma. Rotational diffusion constant of a cylindrical particle. J. Chem. Phys. 32, 1626 (1960). https://doi.org/10.1063/1.1730994

S. Broersma. Viscous force constant for a closed cylinder. J. Chem. Phys. 32, 1632 (1960). https://doi.org/10.1063/1.1730995

S. Broersma. Viscous force and torque constants for a cylinder. J. Chem. Phys. 74, 6989 (1981). https://doi.org/10.1063/1.441071

D.J. Frank, C.J. Lobb. Highly efficient algorithm for percolative transport studies in two dimensions. Phys. Rev. B 37, 302 (1988). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.37.302

Downloads

Опубліковано

2019-05-16

Як цитувати

Mazur, L. O., Bulavin, L. A., Vygornitskii, N. V., & Lebovka, N. I. (2019). Вплив броунівського руху на електропровідність та прозорість двовимірних плівок, наповнених голкоподібними частинками. Український фізичний журнал, 64(4), 354. https://doi.org/10.15407/ujpe64.4.354

Завантажити посилання

Номер

Том 64 № 4 (2019)

Розділ

Структура речовини

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.