Širokopásmová vodivostní spektroskopie perkolačního prahu v nanokompozitech PET-CNT typu dielektrikum-vodič

Nanokompozity polymerů s uhlíkovými nanotrubičkami (CNT) jsou středem zájmu pro své unikátní elektrické a mechanické vlastnosti. Dobře elektricky vodivé CNT díky svému specifickému tvaru umožňují připravit kompozity s extrémně nízkým perkolačním prahem. Kolegům v UK se podařilo připravit dobře dispergované kompozity polymeru PET s CNT, které pak byly ve FZÚ poprvé charakterizovány širokopásmovou vodivostní a dielektrickou spektroskopií, pokrývající až 17 řádů frekvence (10⁻⁴ – 10¹³ Hz) od pokojové teploty do 5 K. Byl nalezen extrémně nízký elektrický perkolační práh 0,07 obj.% CNT, který se projevil jako naskočení nenulového nízkofrekvenčního plata střídavé vodivosti, jejíž hodnota odpovídala stejnosměrné vodivosti a rostla s koncentrací CNT podle kritické mocninné závislosti s vysokým exponentem 4,3. Její polovodičová teplotní závislost splňující tunelovací model potvrdila, že každá CNT v properkolovaném klastru je obalena tenkou ~1 nm vrstvou polymeru PET.

Širokopásmová spektra střídavé vodivosti kompozitu PET-CNT jako funkce koncentrace CNT. Spektra ukazují, že pro koncentrace od 0,114 obj. % CNT se objeví plato nízkofrekvenční vodivosti kriticky rostoucí a rozšiřující se s koncentrací CNT, jak je ukázáno ve vloženém obrázku. Při vyšších frekvencích vodivost roste až do THz oblasti, což odpovídá růstu lokalizované vodivosti, ke které začínají přispívat i neproperkolované klastry CNT.

¹Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Na Slovance 2, 182 21 Praha 8, Czech Republic
²School of Mechanical and Aerospace Engineering, Queen's University, Belfast, BT9 5AH, UK