Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем
Дослiджуються електрофiзичнi властивостi полiмерних систем на основi полiпропiлену (ПП) i бiнарного наповнювача вуглецевих нанотрубок (ВНТ) та наночастинок нiкелю (Ni). Композити з нанотрубками (ПП/ВНТ) були провiдними зi значенням порога перколяцiї φс = 0,7% (об.), тодi як композити з нанонiкеле...
Saved in:
| Date: | 2014 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2014
|
| Series: | Доповіді НАН України |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86974 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем / Є.П. Мамуня, В.В. Левченко, G. Boiteux, Є.В. Лебедєв // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 2. — С. 79-84. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-86974 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-869742025-02-09T16:31:25Z Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем Перколяционные эффекты проводимости в полимерных нанокомпозитах с бинарным наполнителем Percolation effects of conductivity in polymer nanocomposites filled with a binary filler Мамуня, Є.П. Левченко, В.В. Boiteux, G. Лебедєв, Є.В. Фізика Дослiджуються електрофiзичнi властивостi полiмерних систем на основi полiпропiлену (ПП) i бiнарного наповнювача вуглецевих нанотрубок (ВНТ) та наночастинок нiкелю (Ni). Композити з нанотрубками (ПП/ВНТ) були провiдними зi значенням порога перколяцiї φс = 0,7% (об.), тодi як композити з нанонiкелем (ПП/Ni) не мали провiдностi. Додавання нанонiкелю в композити ПП/ВНТ знижує порiг перколяцiї до φс = 0,2% (об.) i значно збiльшує провiднiсть. Цi змiни пояснюються виникненням брiджинг-ефекту, коли кластери нанотрубок з’єднуються кластерами нанометалу, що пiдтверджується даними електронної мiкроскопiї. Исследуются электрофизические свойства полимерных систем на основе полипропилена (ПП) и бинарного наполнителя — углеродных нанотрубок (УНТ) и наночастиц никеля (Ni). Композиты с нанотрубками (ПП/ВНТ) были проводящими со значением порога перколяции φс = 0,7% (об.), тогда как композиты с наноникелем (ПП/Ni) не имели проводимости. Добавление наноникеля в композиты ПП/УНТ снижает порог перколяции до φс = 0,2% (об.) и существенно увеличивает проводимость. Эти изменения объясняются возникновением бриджинг-эффекта, когда кластеры нанотрубок соединяются кластерами нанометалла, что подтверждается данными электронной микроскопии. Electrophysical properties of polymer systems based on polypropylene (PP) and the binary filler, carbon nanotubes (CNTs) and nanoparticles of nickel (Ni), are investigated. Composites with nanotubes (PP/CNTs) were conductive with the value of percolation threshold equal to φc = 0.7 vol.%, while the composites with nanonickel (PP/Ni) are not conductive. The addition of nanonickel in composites PP/CNTs reduces the percolation threshold to φc = 0.2 vol.% and significantly increases the conductivity. These changes are explained by the emergence of the bridging effect, where the clusters of nanotubes are connected by the clusters of the nanometal, which is confirmed by electron microscopy. 2014 Article Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем / Є.П. Мамуня, В.В. Левченко, G. Boiteux, Є.В. Лебедєв // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 2. — С. 79-84. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86974 541.64:537.3 uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Фізика Фізика |
| spellingShingle |
Фізика Фізика Мамуня, Є.П. Левченко, В.В. Boiteux, G. Лебедєв, Є.В. Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем Доповіді НАН України |
| description |
Дослiджуються електрофiзичнi властивостi полiмерних систем на основi полiпропiлену (ПП) i бiнарного наповнювача вуглецевих нанотрубок (ВНТ) та наночастинок
нiкелю (Ni). Композити з нанотрубками (ПП/ВНТ) були провiдними зi значенням порога перколяцiї φс = 0,7% (об.), тодi як композити з нанонiкелем (ПП/Ni) не мали
провiдностi. Додавання нанонiкелю в композити ПП/ВНТ знижує порiг перколяцiї до
φс = 0,2% (об.) i значно збiльшує провiднiсть. Цi змiни пояснюються виникненням брiджинг-ефекту, коли кластери нанотрубок з’єднуються кластерами нанометалу, що пiдтверджується даними електронної мiкроскопiї. |
| format |
Article |
| author |
Мамуня, Є.П. Левченко, В.В. Boiteux, G. Лебедєв, Є.В. |
| author_facet |
Мамуня, Є.П. Левченко, В.В. Boiteux, G. Лебедєв, Є.В. |
| author_sort |
Мамуня, Є.П. |
| title |
Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем |
| title_short |
Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем |
| title_full |
Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем |
| title_fullStr |
Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем |
| title_full_unstemmed |
Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем |
| title_sort |
перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Фізика |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86974 |
| citation_txt |
Перколяційні ефекти провідності в полімерних нанокомпозитах з бінарним наповнювачем / Є.П. Мамуня, В.В. Левченко, G. Boiteux, Є.В. Лебедєв // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 2. — С. 79-84. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT mamunâêp perkolâcíjníefektiprovídnostívpolímernihnanokompozitahzbínarnimnapovnûvačem AT levčenkovv perkolâcíjníefektiprovídnostívpolímernihnanokompozitahzbínarnimnapovnûvačem AT boiteuxg perkolâcíjníefektiprovídnostívpolímernihnanokompozitahzbínarnimnapovnûvačem AT lebedêvêv perkolâcíjníefektiprovídnostívpolímernihnanokompozitahzbínarnimnapovnûvačem AT mamunâêp perkolâcionnyeéffektyprovodimostivpolimernyhnanokompozitahsbinarnymnapolnitelem AT levčenkovv perkolâcionnyeéffektyprovodimostivpolimernyhnanokompozitahsbinarnymnapolnitelem AT boiteuxg perkolâcionnyeéffektyprovodimostivpolimernyhnanokompozitahsbinarnymnapolnitelem AT lebedêvêv perkolâcionnyeéffektyprovodimostivpolimernyhnanokompozitahsbinarnymnapolnitelem AT mamunâêp percolationeffectsofconductivityinpolymernanocompositesfilledwithabinaryfiller AT levčenkovv percolationeffectsofconductivityinpolymernanocompositesfilledwithabinaryfiller AT boiteuxg percolationeffectsofconductivityinpolymernanocompositesfilledwithabinaryfiller AT lebedêvêv percolationeffectsofconductivityinpolymernanocompositesfilledwithabinaryfiller |
| first_indexed |
2025-11-28T00:58:06Z |
| last_indexed |
2025-11-28T00:58:06Z |
| _version_ |
1849993749292122112 |
| fulltext |
УДК 541.64:537.3
Є.П. Мамуня, В.В. Левченко, G. Boiteux,
академiк НАН України Є. В. Лебедєв
Перколяцiйнi ефекти провiдностi в полiмерних
нанокомпозитах з бiнарним наповнювачем
Дослiджуються електрофiзичнi властивостi полiмерних систем на основi полiпропi-
лену (ПП) i бiнарного наповнювача — вуглецевих нанотрубок (ВНТ) та наночастинок
нiкелю (Ni). Композити з нанотрубками (ПП/ВНТ) були провiдними зi значенням по-
рога перколяцiї ϕс = 0,7% (об.), тодi як композити з нанонiкелем (ПП/Ni) не мали
провiдностi. Додавання нанонiкелю в композити ПП/ВНТ знижує порiг перколяцiї до
ϕс = 0,2% (об.) i значно збiльшує провiднiсть. Цi змiни пояснюються виникненням
брiджинг-ефекту, коли кластери нанотрубок з’єднуються кластерами нанометалу, що
пiдтверджується даними електронної мiкроскопiї.
Останнiм часом великий iнтерес викликає створення полiмерних нанокомпозитiв на осно-
вi термопластичних та термореактивних полiмерiв, якi вмiщують нанорозмiрнi металевi
наповнювачi [1]. Це обумовлено тим, що такi системи можуть проявляти фiзико-механiч-
нi характеристики, притаманнi полiмерному компоненту, i, в той же час, мати особливi
електрофiзичнi характеристики завдяки присутностi наночастинок металу, зокрема, еле-
ктропровiднiсть. Однак отримання електропровiдних композицiй в цьому випадку потре-
бує високого вмiсту металевих частинок, якi можуть утворити провiдний кластер [2], що
негативно впливає на механiчнi i реологiчнi властивостi композита. З iншого боку, якщо як
електропровiдний наповнювач використовувати вуглецевi нанотрубки (ВНТ), можна отри-
мати провiднi властивостi при їх надзвичайно малому вмiстi в композитi. Так, мiнiмальна
величина перколяцiйного порогу ϕс при спецiальних умовах формування композитiв може
досягати 0,002–0,005% (об.) [3, 4], хоча звичайно в термопластичних матрицях при змiшу-
ваннi в розплавi ϕс = 1,0–1,5% (об.) [5]. Структура провiдної фази, яка утворена вугле-
цевими нанотрубками, характеризується розгалуженою провiдною сiткою, що i забезпечує
низьке значення перколяцiйного порога [6].
З iншого боку, мала кiлькiсть провiдного нанонаповнювача веде до низької величини
питомої провiдностi композицiї. Тому перспективним шляхом отримання композицiй з низь-
ким порогом перколяцiї i високою електропровiднiстю є комбiнування вуглецевих нанотру-
бок i металевого нанонаповнювача. Одним з способiв сполучення нанометалу i нанотрубок
є формування ВНТ, декорованих наночастинками металу. Такi гiбриднi металвуглецевi на-
повнювачi проявляють новi електричнi властивостi, не притаманнi чистим вуглецевим нано-
трубкам [7–9]. Якщо ж вводити в полiмер нанотрубки i нанометалевий наповнювач окремо,
то при вмiстi нанотрубок нижче порога перколяцiї додавання нанометалу може приводити
до виникнення провiдностi, коли наночастинки металу з’єднують нанотрубки у провiдну
сiтку. В такий спосiб за допомогою бiнарного наповнювача можна отримати досить високу
провiднiсть композицiї при низький величинi порога перколяцiї.
Композицiї готували з полiпропiлену (ПП) виробництва Hostalen, багатостiнних вугле-
цевих нанотрубок (ВНТ) i наночастинок нiкелю, якi були отриманi шляхом розкладання
порошку формiату нiкелю Ni(COOH)2·2H2O, методом змiшування наповнювача з розпла-
© Є. П. Мамуня, В.В. Левченко, G. Boiteux, Є.В. Лебедєв, 2014
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №2 79
Рис. 1. Перколяцiйнi залежностi провiдностi композицiй: 1 — полiпропiлен, наповнений нанонiке-
лем (ПП/Ni); 2 — наповнений нанотрубками (ПП/ВНТ); 3 — наповнений бiнарним наповнювачем
(ПП/Ni/ВНТ). Точки — експериментальнi значення, лiнiї — розрахунок за рiвнянням перколяцiї (1)
вом полiмеру в двошнековому мiнi-екструдерi Micro 15 Twin-Screw DSM. Нанотрубки мали
зовнiшнiй дiаметр D близько 12–20 нм, а їх довжина L становила близько десяткiв мiкро-
метрiв, в результатi чого спiввiдношення L/D дорiвнювало 100–1000. Середнiй розмiр отри-
маних наночастинок нiкелю становив 60 нм. Концентрацiя ϕ ВНТ в композицiях ПП/ВНТ
i ПП/Ni/ВНТ варiювалася в дiапазонi вiд 0,1 до 3% (об.). Вмiст нанонiкелю ϕ в компози-
цiях ПП/Ni був у межах 3% (об.), а в композицiях з бiнарним наповнювачем ПП/Ni/ВНТ
становив постiйну величину 2,5% (об.).
Електропровiднiсть зразкiв вимiрювалася на постiйному струмi двохелектродною схе-
мою за допомогою тераомметра Е6–13 А. Значення електропровiдностi σ (См/см) обрахо-
вували iз спiввiдношення
σ =
1
R
l
S
,
де R (ом) — опiр зразка, вимiряний тераомметром; l (см) — товщина зразка; S (см2) —
площа зразка.
Дослiдження процесiв плавлення i кристалiзацiї проводилися на обладнаннi TA Inst-
ruments DSC Q2000. Зразки нагрiвалися до температури вiд 25 до 200 ◦C в атмосферi азоту
зi сталою швидкiстю нагрiву 10 ◦C/хв, витримувалися при 200 ◦C протягом однiєї хвилини
i далi охолоджувалися до 25 ◦C з такою ж швидкiстю, як i при нагрiвi.
На рис. 1 показана залежнiсть електропровiдностi для композицiй ПП з нанонiкелем
(пряма 1 ), нанотрубками (крива 2 ) та бiнарним наповнювачем Ni/ВНТ (крива 3 ). Видно,
що композицiї, наповненi ВНТ, проявляють перколяцiйну поведiнку, при цьому величина
порогу перколяцiї ϕс = 0,7% (об.). В той же час композицiї, що мiстять нанонiкель, є не-
провiдними в усьому дiапазонi дослiджуваних концентрацiй. Однак у системi з бiнарним
наповнювачем величина перколяцiйного порога значно менша, а саме, ϕс = 0,2% (об.).
Крiм того, величина провiдностi в системi ПП/Ni/ВНТ перевищує провiднiсть композицiй
ПП/ВНТ в чотири рази при 1,5% (об.) i в два рази при 3% (об.) вмiсту нанотрубок, тобто
нанонiкель надає додаткову провiднiсть, хоча сам перебуває в непровiдному станi.
80 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №2
Рис. 2. Пiки кристалiзацiї чистого ПП та композицiй ПП/ВНТ, ПП/Ni, ПП/Ni/ВНТ з рiзним вмiстом на-
повнювача:
1 — ПП; 2 — ПП/2,5Ni; 3 — ПП/0,5ВНТ/2,5Ni; 4 — ПП/0,5ВНТ; 5 — ПП/1,5ВНТ; 6 — ПП/1,5ВНТ/2,5Ni
Розрахунок провiдностi, згiдно з перколяцiйним рiвнянням, має вигляд
σ = σ0(ϕ− ϕc)
t, (1)
де σ0 — параметр, що має розмiрнiсть провiдностi; t — критичний iндекс. Розрахункова
залежнiсть наведена на рис. 1 i демонструє добру узгоджуванiсть з експериментальними
даними. Критичний iндекс t ≈ 1,8 для обох систем, тобто має значення, яке збiгаєть-
ся з теоретичною величиною tтеор = 1,7–2,0, що свiдчить про статистичний розподiл ву-
злiв у провiднiй сiтцi, сформованiй нанотрубками. Низький порiг перколяцiї в композицiях
ПП/ВНТ обумовлений високою анiзотропiєю розмiрiв нанотрубок, в яких вiдношення дов-
жина/дiаметр становить ∼ 1000. При умовi рiвномiрного розподiлу по об’єму полiмерної
матрицi нанотрубки формують розгалужену сiтку i для утворення безперервного провiд-
ного кластера досить невеликого вмiсту ВНТ.
Зниження порога перколяцiї в присутностi бiнарного наповнювача можна пояснити дво-
ма причинами. По-перше, частинки нанонiкелю можуть розмiщуватися мiж нанотрубками
i утворювати провiднi мiстки мiж ними (так званий брiджинг-ефект), що створює умови
для формування провiдного кластера при значно меншiй концентрацiї нанотрубок. По-дру-
ге, можливо частинки нанонiкелю впливають на структуроутворення i формування мор-
фологiчної структури в полiмернiй матрицi, що змiнює просторовий розподiл нанотрубок,
збiльшуючи їх локальну концентрацiю в окремих областях. Це сприяє утворенню провiд-
ного кластера.
Аналiз процесiв плавлення i кристалiзацiї дає можливiсть прояснити вплив нанонапов-
нювачiв на структуроутворення в полiмернi матрицi. Як видно з рис. 2, температури кри-
сталiзацiї Tк всiх композицiй зсунутi до бiльш високих температур порiвняно з чистим ПП,
що демонструє роль поверхнi наповнювачiв як центрiв кристалiзацiї, внаслiдок чого процес
кристалiзацiї починається ранiше, нiж в ненаповненому ПП в процесi охолодження роз-
плаву. З даних щодо температур плавлення i кристалiзацiї, наведених в табл. 1, випливає,
що введення нанотрубок в ПП iстотно не впливає на температуру плавлення Tп, тодi як
спостерiгається значна вiдмiннiсть у температурах кристалiзацiї Tк чистого ПП i напов-
нених систем. Тобто процес кристалiзацiї є бiльш чутливим, нiж плавлення до наявностi
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №2 81
Рис. 3. Електронно-мiкроскопiчне зображення структури композицiї ПП/Ni/ВНТ
включень, якi впливають на формування кристалiчної структури. Такий же ефект вiдзна-
чається в роботi [10].
Iнтервал мiж температурами плавлення i кристалiзацiї, що визначається як температура
переохолодження ∆T = Tп − Tк, яка зумовлена кiнетикою кристалiзацiї, а саме, спiввiдно-
шенням мiж швидкостями кристалiзацiї та охолодження матерiалу в процесi вимiрювання.
Оскiльки швидкiсть охолодження однакова для всiх композитiв, то змiна ∆T визначати-
меться швидкiстю кристалiзацiї. Присутнiсть наповнювачiв прискорює процес кристалiза-
цiї, тому значення ∆T нижче для наповнених систем порiвняно з чистим ПП. Для компози-
тiв ПП/ВНТ та ПП/Ni/ВНТ iз зростанням вмiсту ВНТ (вiд 0,5 до 1,5% (об.)), значення ∆T
зменшується (на ∼7 ◦C), що вказує на пiдсилення процесу нуклеацiї ВНТ у кристалiзацiйно-
му процесi. Головним фактором є те, що як температури кристалiзацiї, так i температури
переохолодження є майже iдентичними для систем ПП/ВНТ i ПП/Ni/ВНТ з однаковим
вмiстом нанотрубок, тобто присутнiсть добавки нанонiкелю не впливає на кристалiзацiйнi
процеси в полiмернiй матрицi, яка мiстить нанотрубки. Звiдси випливає, що процеси струк-
туроутворення в системi ПП/Ni/ВНТ з бiнарним наповнювачем не змiнюють просторового
розподiлу нанотрубок, отже не впливають на провiднiсть, а ефект зменшення перколяцiй-
ного порога провiдних композицiй ПП/ВНТ добавками нанонiкелю обумовлений виключно
брiджинг-ефектом. Автори [11] також спостерiгали зменшення порога перколяцiї в присут-
ностi частинок срiбла в композицiях, наповнених нанотрубками.
Результати структурних дослiджень методом електронної мiкроскопiї наведено на рис. 3.
В полiмернiй матрицi видно присутнiсть нiкелевих агрегатiв, якi розподiленi мiж агре-
Таблиця 1. Температури плавлення i кристалiзацiї для композицiй ПП/Ni, ПП/ВНТ i ПП/Ni/ВНТ
Композицiя Tк, ◦C ∆T = Tп − Tк Tп, ◦C
ПП 113,9 52,8 166,7
ПП/2,5Ni 115,9 44,4 160,3
ПП/0,5ВНТ 123,5 43,5 167,0
ПП/0,5ВНТ/ 2,5Ni 122,1 44,8 166,9
ПП/1,5ВНТ 126,6 36,8 163,4
ПП/1,5ВНТ/2,5Ni 127,3 37,2 164,5
Пр и м i т ка . Цифри бiля позначень компонентiв означають їх вмiст у композицiї в % (об.).
82 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №2
гатами нанотрубок i контактують з ними, тобто цi данi пiдтверджують наявнiсть брiд-
жинг-ефекту.
Таким чином, добавки нанометалiв в полiмернi системи, якi мiстять вуглецевi нанотруб-
ки, iстотно знижують величину перколяцiйного порога i пiдвищують електропровiднiсть
композицiй внаслiдок прояву брiджинг-ефекту.
1. Помогайло А.Д., Розенберг А. С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. – Москва: Хи-
мия, 2000. – 672 с.
2. Mamunya Ye. P., Muzychenko Yu.V., Pissis P. et al. Percolation phenomena in polymers containing di-
spersed iron // Polymer. Eng. Sci. – 2002. – 42, No 1. – P. 90–100.
3. Sandler J. K.W., Kirk J. E., Kinloch I.A. et al. Ultra-low electrical percolation threshold in carbon-
nanotube-epoxy composites // Polymer. – 2003. – 44. – P. 5893–5899.
4. Mamunya Ye. P., Lebovka N. I., Lisunova M.O. et al. Conductive polymer composites with ultralow
percolation threshold containing carbon nanotubes // J. Nanostr. Polym. Nanocomp. – 2008. – 4, No 1. –
P. 21–27.
5. Potschke P., Dudkin S.M., Alig I. Dielectric spectroscopy on melt processed polycarbonate-multiwalled
carbon nanotube composites // Polymer. – 2003. – 44. – P. 5023–5030.
6. Мамуня Є.П., Юрженко М.В., Лебедєв Є. В. та iн. Електроактивнi полiмернi матерiали. – Київ:
Альфареклама, 2013. – 398 с.
7. Georgakilas V., Gournis D., Tzitzios V. et al. Decorating carbon nanotubes with metal or semiconductor
nanoparticles // J. Mater. Chem. – 2007. – 17. – P. 2679–2694.
8. Guo D. J., Li H. L. Highly dispersed Ag nanoparticles on functional MWNT surfaces for methanol oxidation
in alkaline solution // Carbon. – 2005. – 43. – P. 1259–1264.
9. Luo J., Xing Y., Zhu J. et al. Structure and electrical properties of Ni nanowire/multiwalled carbon
nanotube/amorphous carbon nanotube heterojunctions // Adv. Funct. Mater. – 2006. – 16. – P. 1081–1085.
10. Seo M.-K., Lee J.-R., Park S.-J. Crystallization kinetics and interfacial behaviors of polypropylene composi-
tes reinforced with multi-walled carbon nanotubes // Mater. Sci. Eng. – 2005. – A404. – P. 79–84.
11. Liang G.D., Bao S. P., Tjong S. C. Microstructure and properties of polypropylene composites filled with
silver and carbon nanotube nanoparticles prepared by melt-compounding // Mater. Sci. Eng. – 2007. –
B142. – P. 55–61.
Надiйшло до редакцiї 15.08.2013Iнститут хiмiї високомолекулярних сполук
НАН України, Київ
Е.П. Мамуня, В.В. Левченко, G. Boiteux,
академик НАН Украины Е. В. Лебедев
Перколяционные эффекты проводимости в полимерных
нанокомпозитах с бинарным наполнителем
Исследуются электрофизические свойства полимерных систем на основе полипропилена
(ПП) и бинарного наполнителя — углеродных нанотрубок (УНТ) и наночастиц никеля (Ni).
Композиты с нанотрубками (ПП/ВНТ) были проводящими со значением порога перколя-
ции ϕс = 0,7% (об.), тогда как композиты с наноникелем (ПП/Ni) не имели проводимости.
Добавление наноникеля в композиты ПП/УНТ снижает порог перколяции до ϕс = 0,2%
(об.) и существенно увеличивает проводимость. Эти изменения объясняются возникнове-
нием бриджинг-эффекта, когда кластеры нанотрубок соединяются кластерами нанометал-
ла, что подтверждается данными электронной микроскопии.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №2 83
Ye. P. Mamunya, V. V. Levchenko, G. Boiteux,
Academician of the NAS of Ukraine E.V. Lebedev
Percolation effects of conductivity in polymer nanocomposites filled
with a binary filler
Electrophysical properties of polymer systems based on polypropylene (PP) and the binary filler,
carbon nanotubes (CNTs) and nanoparticles of nickel (Ni), are investigated. Composites with
nanotubes (PP/CNTs) were conductive with the value of percolation threshold equal to ϕc = 0.7
vol.%, while the composites with nanonickel (PP/Ni) are not conductive. The addition of nano-
nickel in composites PP/CNTs reduces the percolation threshold to ϕc = 0.2 vol.% and significantly
increases the conductivity. These changes are explained by the emergence of the bridging effect,
where the clusters of nanotubes are connected by the clusters of the nanometal, which is confirmed
by electron microscopy.
84 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №2
|