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May 31, 2023

Simulação de condutividade elétrica para sistemas de nanofios de prata polimérica

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 5 (2023) Citar este artigo 1715 Acessos 2 Citações 1 Detalhes da Métrica Altmétrica Um modelo simples é desenvolvido para a condutividade de sistemas poliméricos

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 5 (2023) Citar este artigo

1715 Acessos

2 citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Um modelo simples é desenvolvido para a condutividade de sistemas poliméricos incluindo nanofios de prata (AgNWs). Este modelo revela os efeitos da espessura da interfase, distância de tunelamento, ondulação e proporção de nanofios, bem como fração volumétrica efetiva de enchimento na percolação e condutividade elétrica de amostras reforçadas com AgNW. A validade deste modelo é testada usando os dados medidos de diversas amostras. Com base neste modelo, os cálculos de condutividade estão de acordo com os valores medidos. Uma grande rede e um baixo início de percolação são produzidos por nanofios com uma alta proporção de aspecto desenvolvendo a condutividade do nanocompósito. Os resultados também mostram que uma interfase mais espessa expande a rede, aumentando assim a condutividade elétrica. Além disso, AgNWs não ondulados exibem mais condutividade em comparação com nanofios ondulados. Conclui-se que as energias superficiais do meio polimérico e dos nanofios não têm efeito na condutividade das amostras. Por outro lado, a fração volumétrica e a razão de aspecto dos nanofios, além da espessura da interfase e da distância de tunelamento têm as maiores influências na condutividade dos nanocompósitos.

Os compósitos poliméricos convencionais contêm partículas de tamanho micrométrico de cargas orgânicas e inorgânicas1. Esses materiais requerem alto teor de carga, o que pode aumentar o peso do compósito e limitar seu processamento. Consequentemente, polímeros contendo nanocargas altamente condutoras, como nanomateriais de carbono (como nanotubos de carbono, grafeno e seus derivados) e nanomateriais metálicos, fornecem nanocompósitos poliméricos suficientemente condutores (PNCs) com teores de nanocargas consideravelmente mais baixos . Os pesquisadores estão explorando PNCs para novas aplicações, incluindo biossensores, atuadores, dispositivos de armazenamento de energia, como supercapacitores e baterias, blindagem EMI, dissipação eletrostática (EDS), etc.

Uma propriedade importante dos nanocompósitos poliméricos é a sua condutividade elétrica (CE), que é extremamente importante para aplicações práticas em dispositivos eletrônicos e sensores7,8,9. Nanotubos e nanofios de carbono com altas proporções têm recebido atenção especial como nanocargas em forma de bastão na fabricação de PNCs de alta condutividade . Pesquisas recentes levaram ao desenvolvimento de nanomateriais metálicos que possuem propriedades eletrônicas, ópticas, catalíticas, magnéticas e térmicas únicas . Devido à grande proporção e à condutividade elétrica superior, os nanofios metálicos, incluindo cobre, ouro, níquel e prata (AgNWs), apresentam um papel importante nas aplicações atuais . Nos últimos anos, os AgNWs têm atraído muito mais atenção devido à sua boa condutividade e fácil síntese .

AgNWs são um dos materiais mais desejáveis, uma vez que o Ag a granel possui alta condutividade (6,3 × 107 S/m), o que os torna aplicáveis ​​em detecção, eletrônica e blindagem de interferência eletromagnética (EMI) . Além disso, os AgNWs são mais amigáveis ​​ao ser humano do que outros nanomateriais condutores não metálicos, como os nanotubos de carbono, porque possuem propriedades antimicrobianas . Portanto, os AgNWs são um candidato promissor para a fabricação de nanocompósitos de polímeros condutores / AgNWs (PAgNWs) . Um uso atraente de PNCs baseados em AgNW é a fabricação de biossensores eletroquímicos para detecção de câncer de mama25. Biossensores eletroquímicos são um grupo de sensores que apresentam alta sensibilidade, resposta rápida e baixo custo de fabricação para detecção de diversos tipos de agentes biológicos e doenças como diabetes26,27, câncer28, etc. cânceres em mulheres, uma detecção precoce pode ser de grande ajuda para os pacientes. Consequentemente, é necessário desenvolver dispositivos de diagnóstico rápido, como biossensores que possuam alta sensibilidade e seletividade29. AgNWs com alta condutividade elétrica, propriedades antibacterianas e alta área superficial específica são excelentes candidatos para a fabricação de biossensores eletroquímicos baseados em nanocompósitos poliméricos para detecção de câncer.