Вивчення впливу вуглецевих нанотрубок на електричну провідність тернарного нанокомпозита ПВДФ/ПАНІ/ МСВНТ при низьких температурах
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe67.2.140Ключові слова:
нанокомпозити, провiднi полiмери, полiанiлiн, вуглецевi нанотрубки, електричнi властивостiАнотація
У данiй роботi представлено результати дослiдження електричних властивостей плiвок нових тернарних нанокомпозитiв дiелектричного полiмеру полiвiнiлiденфториду (ПВДФ), провiдного полiмеру полiанiлiну, допованого додецилбензолсульфоновою кислотою (ПАНI), з рiзним вмiстом мультистiнних вуглецевих нанотрубок (МСВНТ). На основi результатiв дослiджень електричного опору нанокомпозитiв у широкому iнтервалi температур 4,2–300 К показано, що при низьких температурах для нанокомпозитiв iз вмiстом МСВНТ 0–15 мас.% перенесення електричних зарядiв вiдбувається за рахунок тунелювання носiїв заряду мiж локалiзованими станами вiдповiдно до механiзму стрибкової провiдностi зi змiнною довжиною стрибка R ∼ exp[(T0/T)1/2]. Встановлено, що величина характеристичної температури T0 i температурний iнтервал стрибкової провiдностi залежать вiд вмiсту МСВНТ. Збiльшення вмiсту МВСНТ у плiвках нанокомпозитiв вiд 0–15 мас.% приводить до зменшення характеристичної температури T0 на два порядки i звуження температурного iнтервалу, в якому спостерiгається стрибкова провiднiсть, причому найбiльш вираженi змiни вiдбуваються в iнтервалi вмiсту МСВНТ 5–7,5 мас.%.
Посилання
V.K. Sachdev, S. Bhattacharya, K. Patel, S.K. Sharma, N.C. Mehra, R.P. Tandon. Electrical and EMI shielding characterization of multiwalled carbon nanotube/polystyrene composites. J. Appl. Polym. Sci. 131, 40201 (2014).
https://doi.org/10.1002/app.40201
M. Petrychuk, V. Kovalenko, A. Pud, N. Ogurtsov, A. Gubin. Ternary magnetic nanocomposites based on core-shell Fe3O4/polyaniline nanoparticles distributed in PVDF matrix. Phys. Status Solidi A 207, 442 (2010).
https://doi.org/10.1002/pssa.200824421
Y. Long, Z. Chen, X. Zhang, J. Zhang, Z. Liu. Synthesis and electrical properties of carbon nanotube polyaniline composites. Appl. Phys. Lett. 85, 1796 (2004).
https://doi.org/10.1063/1.1786370
Q. Cheng, J. Tang, N. Shinya, L.-C. Qin. Polyaniline modified graphene and carbon nanotube composite electrode for asymmetric supercapacitors of high energy density. J. Power Sourc. 241, 423 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.04.105
P. Gajendran, R. Saraswathi. Polyaniline-carbon nanotube composites. Pure Appl. Chem. 80, 2377 (2008).
https://doi.org/10.1351/pac200880112377
Y. Wang, S. Zhang, Y. Deng. Semiconductor to metallic behavior transitionin multi-wall carbon nanotubes/polyaniline composites with improved thermoelectric properties. Mat. Lett. 164, 132 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.10.138
N.A. Ogurtsov, Y.V. Noskov, V.N. Bliznyuk, V.G. Ilyin, J.L. Wojkiewicz, E.A. Fedorenko, A.A. Pud. Evolution and interdependence of structure and properties of nanocomposites of multiwall carbon nanotubes with polyaniline. J. Phys. Chem. C 120, 230 (2016).
https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b08524
N.A. Ogurtsov, Yu.V. Noskov, O.S. Kruglyak, S.I. Bohvan, V.V. Klepko, M.V. Petrichuk, A.A. Pud. Effect of the dopant anion and oxidant on the structure and properties of nanocomposites of polypyrrole and carbon nanotubes. Theor. Experim. Chem. 54, 114 (2018).
https://doi.org/10.1007/s11237-018-9554-x
Z. Hamouda, J.-L. Wojkiewicz, A.A. Pud, L. Kone, S. Bergheul, T. Lasri. Flexible UWB organic antenna for wearable technologies application. IET Microw. Antenna. P. 12, 160 (2018).
https://doi.org/10.1049/iet-map.2017.0189
V. Khandelwal, S.K. Sahoo, A. Kumar, G. Manik. Study on the effect of carbon nanotube on the properties of electrically conductive epoxy/polyaniline adhesives. J. Mater. Sci: Mater Electron 28, 14240 (2017).
https://doi.org/10.1007/s10854-017-7282-y
J.N. Martins, M. Kersch, V. Altst¨adt, R.V.B. Oliveira. Poly(vinylidene fluoride)/polyaniline/carbon nanotubes nanocomposites: Influence of preparation method and oscillatory shear on morphology and electrical conductivity. Polymer Test. 32, 1511 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2013.10.001
T. Farrell, K. Wang, C.-W. Lin, R.B. Kaner. Organic dispersion of polyaniline and single-walled carbon nanotubes and polyblends with poly(methyl methacrylate). Polymer 129, 1 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.09.032
B. Hudai, V. Gomes, J. Shi, C. Zhou, Z. Liu. Poly(vinylidene fluoride)/polyaniline/MWCNT nanocomposite ultrafiltration membrane for natural organic matter removal. Sep. Purif. Technol. 190, 143 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.08.026
H. Tan, X. Xu. Conductive properties and mechanism of various polymers doped with carbon nanotube/polyaniline hybrid nanoparticles. Compos. Sci. Technol. 128, 155 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2016.03.027
A. Sarvi, U. Sundararaj. Rheological percolation in polystyrene composites filled with polyaniline-coated multiwall carbon nanotubes. Synth. Met. 194, 109 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2014.04.031
Y. Long, Z. Chen. Synthesis and electrical properties of carbon nanotube polyaniline composites. Appl. Phys. Lett. 85, 1796 (2004).
https://doi.org/10.1063/1.1786370
N.A. Ogurtsov, Yu.V. Noskov, K.Yu. Fatyeyeva, V.G. Ilyin, G.V. Dudarenko, A.A. Pud. Deep impact of the template on molecular weight, structure and oxidation state of the formed polyaniline. J. Phys. Chem. B 117, 5306 (2013).
https://doi.org/10.1021/jp311898v
B.A. Danilchenko, N.A. Tripachko, E.A. Voitsihovska, I.I. Yaskovets, I.Yu. Uvarova, B. Sundqvist. Stability of the Tomonaga-Luttinger liquid state in gamma-irradiated carbon nanotube bundles. textitJ. Phys.: Condens. Matter. 25, 475302 (2013).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/25/47/475302
B.A. Danilchenko, N.A. Tripachko, S. Lev, M.V. Petrychuk, V.A. Sydoruk, B. Sundqvist, S.A. Vitusevich. 1/f noise and mechanisms of the conductivity in carbon nanotube bundles. Carbon 49, 5201 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.07.037
S.A. Vitusevich, V.A. Sydoruk, M.V. Petrychuk, B.A. Danilchenko, N. Klein, A. Offenhausser, A. Ural, G. Bosman. Transport properties of single-walled carbon nanotube transistors after gamma radiation treatment. J. Appl. Phys. 107, 063701 (2010).
https://doi.org/10.1063/1.3340977
H. Gu, J. Guo, X. Yan, H. Wei, X. Zhang, J. Liu, Y. Huang, S. Wei, Z. Guo. Electrical transport and magnetoresistance in advanced polyaniline nanostructures and nanocomposites. Polymer 55, 4405 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.polymer.2014.05.024
A.B. Kaiser. Electronic transport properties of conducting polymers and carbon nanotubes. Rep. Prog. Phys. 64, 1 (2001).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/64/1/201
S.D. Kang, G.J. Snyder. Charge-transport model for conducting polymers. Nat. Mater. 16, 252 (2017).
https://doi.org/10.1038/nmat4784
R.M. Rudenko, O.O. Voitsihovska, V.M. Poroshin, M.V. Petrychuk, S.P. Pavlyuk, A.S. Nikolenko, N.A. Ogurtsov, Yu.V. Noskov, D.O. Sydorov, A.A. Pud. Specific interactions and charge transport in ternary PVDF/polyaniline/MWCNT nanocomposite films. Compos. Sci. Technol. 198, 108284 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2020.108284
J.N. Martins, M. Kersch, V. Altst¨adt, R.V.B. Oliveira. Electrical conductivity of poly(vinylidene fluoride)/polyaniline blends under oscillatory and steady shear conditions. Polymer Test. 32, 862 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2013.04.001
S. Radhakrishnan, S.B. Kar. Effect of dopant ions on piezoresponse of polyaniline PVDF blends. Proc. SPIE 4934 (Smart materials II), 23 (2002).
https://doi.org/10.1117/12.469171
J.-K. Yuan, Z.-M. Dang, S.-H. Yao, J.-W. Zha, T. Zhou, S.-T. Li, J. Bai. Fabrication and dielectric properties of advanced high permittivity polyaniline/poly(vinylidene fluoride) nanohybrid films with high energy storage density. J. Mater. Chem. 20, 2441 (2010).
https://doi.org/10.1039/b923590f
V.P. Privalko, S.M. Ponomarenko, E.G. Privalko, S.V. Lobkov, N.A. Rekhteta, A. A. Pud, A.S. Bandurenko, G.S. Shapoval. Structure/property relationships for poly(vinylidene fluoride)/doped polyaniline blends. J. Macromol. Sci. B 44, 749 (2005).
https://doi.org/10.1080/00222340500251394
M. Ahlskog, M. Reghu, A.J. Heeger. The temperature dependence of the conductivity in the critical regime of the metal-insulator transition in conducting polymers. J. Phys.: Condens. Matter 9, 4145 (1997).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/9/20/014
C.O. Yoon, M. Reghu, D. Moses, A.J. Heeger, Y. Cao, T.-A. Chen, X. Wu, R.D. Rieke. Hopping transport in doped conducting polymers in the insulating regime near the metal-insulator boundary: polypyrrole, polyaniline and poly alkylthiophenes. Synth. Met. 75, 229 (1995).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
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.
.png){kind=small}
