그래핀에서 인접한 나노시트 사이의 터널링 저항 예측

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12455(2023) 이 기사 인용

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이 연구에서, 그래핀-고분자 나노복합체의 인접한 나노시트 사이의 터널링 저항은 그래핀과 터널의 특성에 따른 간단한 방정식으로 표현됩니다. 이 표현은 터널링 역할과 간기 영역을 반영하는 그래핀 충전 재료의 전도성에 대한 두 가지 고급 모델을 연결하여 얻습니다. 적용된 모델의 예측은 여러 샘플의 테스트 데이터와 연결됩니다. 터널링 저항률에 대한 모든 요인의 영향은 제안된 방정식을 사용하여 평가되고 해석됩니다. 모델과 제안된 방정식에 의해 연구된 예에 대한 터널링 저항 계산은 동일한 수준을 보여 제시된 방법론을 확인합니다. 결과는 초전도 그래핀, 작은 터널링 폭, 나노 시트 간의 수많은 접촉 및 짧은 터널링 길이에 의해 터널링 저항이 감소함을 나타냅니다.

그래핀 충전 제품은 전자, 전자기 차폐, 감지, 에너지 장치 및 다이오드와 같은 다양한 분야에서 활용할 수 있습니다. 그래핀은 이상적인 전기적, 기계적, 열적 및 화학적 특성을 나타내기 때문입니다1,2,3,4,5,6,7,8, 9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. CNT에 비해 그래핀 나노시트의 더 높은 종횡비와 더 큰 표면적은 퍼콜레이션 개시를 낮추고 전도성을 높입니다. 따라서 연구자들은 성능을 최적화하기 위해 고분자 그래핀 나노복합체에 광범위하게 초점을 맞춰왔습니다. 고분자 그래핀 나노복합체에 대한 가장 최근의 연구에서는 낮은 충진량으로 퍼콜레이션 시작이 적고 전도성이 높은 샘플을 준비하려고 했습니다. 삼출 개시는 직경 대 두께의 비율인 나노필러의 종횡비와 역으로 연결됩니다23, 24. 따라서 치수, 분산 품질 및 나노입자의 응집/응집과 같은 많은 매개변수가 삼출 개시 및 이에 따른 나노복합체의 전도도를 처리합니다.

터널링 효과 및 간기 등 나노규모에 기인한 일부 새로운 매개변수도 삼출 시작을 제어할 수 있습니다. 터널링 도구는 전자가 이웃 입자 사이의 작은 터널을 통해 쉽게 운반될 수 있기 때문에 주로 나노복합체의 전도성(여기서는 전도성으로 약칭)을 제어합니다. 실제로 전도성에는 나노입자의 물리적 결합이 필요하지 않으므로 터널링 효과는 나노복합체의 삼출 시작을 변경합니다. 그러나 CNT 기반 제품의 터널링 전도성에 집중한 연구자는 거의 없습니다. 더욱이, 간기는 나노입자의 외부 면적이 크기 때문에 퍼콜레이션 시작을 효율적으로 줄일 수 있습니다. 계면은 필러-폴리머 경계면에 있는 고갈된 폴리머 층입니다. 나노입자를 덮고 있는 계면 영역은 서로 결합하여 샘플에서 그물을 구성할 수 있습니다. 이 매력적인 주제는 고분자 나노복합체의 기계적 거동에 대해 연구되었지만 전도도에서 계면의 역할은 무시할 정도로 연구되었습니다.

양, 파상도, 전도도 및 종횡비와 같은 CNT 요소를 가정하여 CNT 충전 예제의 전도도에 대해 다양한 방정식이 발전되었습니다. 또한 CNT 제품의 전도성에 대한 터널링 효과 및 간기의 중요성을 보고한 연구는 거의 없습니다34, 47, 48. 그러나 그래핀 기반 시스템의 전도성에 대한 모델링 작업은 실제로 불완전합니다. 전자의 연구는 일반적으로 퍼콜레이션 시작을 필러 종횡비와 연관시키고 기존의 거듭제곱 방정식49,50,51에 의해 전도성을 판단했습니다. 요약하면, 앞선 연구에서는 삼출 개시 및 전도도의 간기와 터널을 고려하지 않았지만 이러한 요인이 주로 언급된 용어를 제어합니다.

> λ, Eq. (1) is simplified as:/p> 1.65*105 S/m, but the tunnel resistivity increases to 45 Ω.m at σf = 0.5*105 S/m. As a result, the graphene conduction inversely influences the tunnel resistivity, while the thickness of graphene nanosheets cannot affect it. In fact, a super-conductive nanofiller can mainly decrease the tunnel resistivity in nanocomposites, which promotes the conductivity. However, the graphene thickness is an ineffective factor, which cannot change the tunnel resistivity./p> 15 and λ < 5 nm. Accordingly, abundant contacts among sheets and a minor tunneling length attain a deprived tunnel resistivity. In contrast, a less quantity of contacts and long tunnel negatively raise the tunnel resistivity./p> 1.65*105 S/m produces the tunnel resistivity of 10 Ω.m, but the tunnel resistivity grows to 45 Ω.m at σf = 0.5*105 S/m. Consequently, the graphene conduction inversely handles the tunnel resistivity, nonetheless the thickness of graphene nanosheets cannot affect it. The smallest level of tunnel resistivity as about 0 is also obtained by θ < 60°, while the highest tunnel resistivity is calculated by the highest ranges of both “d” and “θ”. As a result, the diameter of contact area between nanosheets and the filler angle directly govern the tunnel resistivity. In addition, the highest tunnel resistivity of 220 Ω.m is gotten by m = 2 and λ = 10 nm, nevertheless the tunnel resistivity mostly declines to around 0 at λ < 3 nm or m > 15 and λ < 5 nm. Therefore, plentiful contacts among nanosheets and a small tunneling length achieve a low tunnel resistivity in nanocomposites./p>