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폴리머 은 나노와이어 시스템의 전기 전도도 시뮬레이션

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폴리머 은 나노와이어 시스템의 전기 전도도 시뮬레이션

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5(2023) 이 기사 인용 1715 액세스 2 인용 1 Altmetric Metrics 세부 정보 고분자 시스템의 전도도에 대한 간단한 모델이 개발되었습니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5(2023) 이 기사 인용

1715 액세스

2 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

은 나노와이어(AgNW)를 포함한 고분자 시스템의 전도성을 위한 간단한 모델이 개발되었습니다. 이 모델은 간기 두께, 터널링 거리, 나노와이어의 파상도 및 종횡비뿐만 아니라 AgNW 강화 샘플의 삼출 및 전기 전도도에 대한 유효 필러 부피 비율의 영향을 보여줍니다. 이 모델의 타당성은 여러 샘플에서 측정된 데이터를 사용하여 테스트됩니다. 이 모델을 기반으로 전도도 계산은 측정된 값과 적절하게 일치합니다. 나노복합체 전도성을 개발하는 높은 종횡비를 가진 나노와이어에 의해 대규모 네트워크와 낮은 퍼콜레이션 개시가 생성됩니다. 결과는 또한 더 두꺼운 간기가 네트워크를 확장하여 전기 전도도를 증가시킨다는 것을 보여줍니다. 또한, 웨이브가 없는 AgNW는 웨이브 나노와이어에 비해 더 높은 전도성을 나타냅니다. 고분자 매질과 나노와이어의 표면 에너지는 시료의 전도도에 영향을 미치지 않는 것으로 결론지어졌습니다. 반면, 간기 두께와 터널링 거리 외에도 나노와이어의 부피 분율과 종횡비는 나노복합체의 전도성에 가장 큰 영향을 미칩니다.

기존의 고분자 복합재에는 마이크로미터 크기의 유기 및 무기 충전재 입자가 포함되어 있습니다1. 이러한 재료는 높은 필러 함량을 요구하므로 복합재의 무게가 증가하고 가공이 제한될 수 있습니다. 결과적으로, 탄소 나노재료(예: 탄소 나노튜브, 그래핀 및 그 파생물) 및 금속 나노재료와 같은 전도성이 높은 나노필러를 함유한 폴리머는 상당히 낮은 나노필러 함량에서도 충분한 전도성 폴리머 나노복합체(PNC)를 제공합니다2,3. 연구원들은 바이오센서, 액추에이터, 슈퍼커패시터 및 배터리와 같은 에너지 저장 장치, EMI 차폐, 정전기 소산(EDS) 등을 포함한 새로운 응용 분야를 위한 PNC를 탐색하고 있습니다4,5,6.

고분자 나노복합체의 중요한 특성은 전기 전도도(EC)이며, 이는 전자 장치 및 센서의 실제 응용에 매우 중요합니다. 높은 종횡비를 갖는 탄소 나노튜브와 나노와이어는 고전도성 PNC 제조에서 막대형 나노필러로 특별한 주목을 받았습니다. 최근 연구를 통해 독특한 전자, 광학, 촉매, 자기 및 열 특성을 갖는 금속 나노 물질이 개발되었습니다12,13. 큰 종횡비와 우수한 전기 전도성으로 인해 구리, 금, 니켈 및 은(AgNW)을 포함한 금속 나노와이어는 현재 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 최근 몇 년 동안 AgNW는 우수한 전도성과 쉬운 합성으로 인해 훨씬 ​​더 많은 주목을 받았습니다.

AgNW는 벌크 Ag가 높은 전도성(6.3 × 107 S/m)을 가지므로 가장 바람직한 재료 중 하나이며, 이는 감지, 전자, 전자파 간섭(EMI) 차폐20,21에 적용 가능합니다. 또한 AgNW는 항균 특성을 가지고 있기 때문에 탄소 나노튜브와 같은 다른 비금속 전도성 나노 물질보다 인간 친화적입니다. 따라서 AgNW는 전도성 폴리머/AgNW 나노복합체(PAgNW) 제조를 위한 유망한 후보입니다. AgNW 기반 PNC의 매력적인 용도는 유방암 검출을 위한 전기화학적 바이오센서의 제조입니다. 전기화학 바이오센서는 당뇨병26,27, 암28 등과 같은 다양한 유형의 생물학적 작용제 및 질병을 감지하기 위해 높은 감도, 빠른 응답 및 낮은 제조 비용을 나타내는 센서 그룹입니다. 유방암은 가장 위험하고 치명적인 세 가지 질병 중 하나입니다. 여성암의 경우 조기 발견이 환자에게 큰 도움이 될 수 있습니다. 따라서, 높은 민감도와 선택성을 지닌 바이오센서와 같은 신속 진단 장치의 개발이 필요하다29. 높은 전기 전도도, 항균 특성 및 높은 비표면적을 지닌 AgNW는 암 탐지용 고분자 나노복합체 기반의 전기화학적 바이오센서 제조를 위한 탁월한 후보입니다.

 1, it will have more waviness. By considering "leq" as the effective length of nanofillers with high waviness (leq = l/u), "Vex" is changed to:/p>

 3.5 nm or f < 0.37. As a result, increases in “f” value in a small tunneling distance between nanowires lead to an improved electrical conductivity of the final PNC. Alternatively, low conductivity is observed when a large number of nanowires cannot participate in the conductive networks and nanowires are far apart. Literature studies have shown that once percolation is achieved, the percentage of networked nanofillers and the tunneling distance between fillers influence the conductivity significantly45,46./p> 820. In contrast, at ∅f < 0.014, the minimum value of conductivity is observed and nanocomposite is insulated. Nanowires with a higher aspect ratio and higher volume fraction will cause an improved electrical conductivity, while a lower aspect ratio and smaller volume fraction of nanowires can result in a reduction in the conductivity./p> 0.003, the conductivity is 0. Hence, a low percolation threshold and small waviness of nanowires make the nanocomposites more conductive and these parameters differently affect the conductivity./p> 3.5 nm or f < 0.37, demonstrating that a lower network percentage and a bigger tunneling distance result in a reduction in the conductivity of nanocomposite. In addition, a maximum electrical conductivity of 305 S/m was shown at ∅f = 0.02 and α > 820, indicating that the aspect ratio and volume fraction of the nanowires directly affect the conductivity. Besides, a low percolation threshold and small curvature of nanowires produce a higher conductivity, but a higher percolation threshold than 0.003 causes an insulated sample. Conclusively, a higher volume fraction of nanowires, longer and more-straight nanowires, thicker interphase, and a smaller tunneling distance will lead to higher improvement in the conductivity of PNCs./p>