رسانایی کامپوزیت‌های پلیمری نانولوله‌ای

یکی از کاربرد‌های مستقیم نانولوله‌های کربنی (CNT) افزودن آن
به پلیمر‌ها برای ایجاد پلاستیک‌های رسانا می‌باشد. غلظت
نسبتاً کم CNT می‌تواند رسانایی الکتریکی پلیمر را به صورت
قابل ملاحظه‌ای تغییر دهد به‌طوریکه آنرا از عایق الکتریسته به
رسانای الکتریسته تبدیل نماید. هم‌اکنون محققان مؤسسه ملی
استاندارد و فناوری (NIST) رسانایی کامپوزیت نانولوله‌های
کربنی-پلی پروپیلن را مورد بررسی قرار داده‌اند.

اندازه گیری‌های جدیدی که توسط این دانشمندان انجام شده،
اطلاعات جدیدی را در اختیار قرار داده است. برای غلظت مشخصی از
نانولوله‌های کربنی، با تغییر شرایط فرآیند، خواص الکتریکی
کامپوزیت می‌تواند به سادگی و بر حسب سرعت جریان پلیمر از
رسانا تا نارسانا تغییر نماید.

نانولوله‌های کربنی برای استفاده در کاربردهای مختلف به صورت
دقیق مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در مطالعات NIST رابطه
رسانایی و خواص الکتریکی مخلوط‌های مختلف با تغییر جریان بررسی
شده و اثر توقف جریان بر این خواص نشان داده شده است. این
تغییر خواص با فرآیند طراحی مواد ارتباط داشته و لیست بلندی از
کاربرد‌های بالقوه پلاستیک‌های رسانا را تشکیل می‌دهد. این
لیست شامل الکترودهای شفاف، آنتن‌ها، بسته‌بندی وسایل
الکترونیک، حسگرها، رنگ اتومبیل، لوله سوخت با خاصیت ضد
الکتریسیته ساکن و اجزای هواپیما می‌شود.

پژوهشگران NIST یک دستگاه استاندارد، یک جریان‌سنج برشی که
بطور نرمال برای اندازه‌گیری ویسکوزیته استفاده می‌شود، را
برای اندازه‌گیری همزمان خواص دی‌الکتریکی و رسانایی تقویت
کردند. آنها با استفاده از این طیف‌سنج دی‌الکتریک- جریان
دریافتند که رسانایی این نانوکامپوزیت به صورت قابل ملاحظه ای
با افزایش شدت جریان عبور پلیمر کاهش می‌یابد به طوری که خواص
محصول از رسانا به نارسانا تغییر می‌نماید.

حساسیت بسیار بالای رسانایی (و نیز سایر خواص) به جریان،
عموماً به یک غلظت CNT ویژه که در آن اولین شبکه CNT
درهم‌نفوذکننده تشکیل می‌شود، نزدیک است. جالب اینکه زمانیکه
جریان قطع می‌شود رسانایی نانوکامپوزیت نیز به میزان اولیه باز
می‌گردد.

بر اساس این اندازه‌گیری‌ها، گروه تحقیقاتی NIST مدلی تئوری که
می‌تواند این اثرات را پیش‌بینی نماید، را پیشنهاد کرده‌اند.
این مدل به صورت کمی میزان تغییر خواص از رسانا به عایق را
پیش‌بینی می‌نماید و برای بهینه‌سازی و کنترل خواص این
کامپوزیت‌های نانولوله‌ای جدید مفید است.

نتایج این تحقیقات در مجله Physical Review B منتشر شده است.