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May 31, 2023

Simulation de la conductivité électrique pour les systèmes de nanofils d'argent polymère

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 5 (2023) Citer cet article 1715 Accès 2 Citations 1 Détails des métriques Altmetric Un modèle simple est développé pour la conductivité des systèmes polymères

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5 (2023) Citer cet article

1715 Accès

2 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

Un modèle simple est développé pour la conductivité des systèmes polymères incluant les nanofils d'argent (AgNW). Ce modèle révèle les effets de l'épaisseur d'interphase, de la distance tunnel, de l'ondulation et du rapport d'aspect des nanofils, ainsi que de la fraction volumique de charge efficace sur la percolation et la conductivité électrique des échantillons renforcés par AgNW. La validité de ce modèle est testée en utilisant les données mesurées de plusieurs échantillons. Sur la base de ce modèle, les calculs de conductivité sont en bon accord avec les valeurs mesurées. Un réseau étendu et un faible début de percolation sont produits par des nanofils à fort allongement développant la conductivité du nanocomposite. Les résultats montrent également qu’une interphase plus épaisse élargit le réseau, augmentant ainsi la conductivité électrique. De plus, les AgNW non ondulés présentent une plus grande conductivité que les nanofils ondulés. On conclut que les énergies de surface du milieu polymère et des nanofils n'ont aucun effet sur la conductivité des échantillons. D’autre part, la fraction volumique et le rapport d’aspect des nanofils, ainsi que l’épaisseur d’interphase et la distance tunnel ont la plus grande influence sur la conductivité des nanocomposites.

Les composites polymères conventionnels contiennent des particules micrométriques de charges organiques et inorganiques1. Ces matériaux nécessitent une teneur élevée en charges, ce qui peut augmenter le poids du composite et limiter sa transformation. En conséquence, les polymères contenant des nanocharges hautement conductrices telles que des nanomatériaux de carbone (tels que les nanotubes de carbone, le graphène et ses dérivés) et des nanomatériaux métalliques fournissent des nanocomposites polymères (PNC) suffisamment conducteurs avec des teneurs en nanocharges considérablement inférieures2,3. Les chercheurs explorent les PNC pour de nouvelles applications, notamment les biocapteurs, les actionneurs, les dispositifs de stockage d'énergie tels que les supercondensateurs et les batteries, le blindage EMI, la dissipation électrostatique (EDS), etc.4,5,6.

Une propriété importante des nanocomposites polymères est leur conductivité électrique (CE), qui est extrêmement importante pour les applications pratiques dans les appareils et capteurs électroniques7,8,9. Les nanotubes de carbone et les nanofils avec des rapports d'aspect élevés ont reçu une attention particulière en tant que nanocharges en forme de tige dans la fabrication de PNC hautement conducteurs10,11. Des recherches récentes ont conduit au développement de nanomatériaux métalliques dotés de propriétés électroniques, optiques, catalytiques, magnétiques et thermiques uniques12,13. En raison de leur grand rapport d’aspect et de leur conductivité électrique supérieure, les nanofils métalliques, notamment le cuivre, l’or, le nickel et l’argent (AgNW), jouent un rôle majeur dans les applications actuelles14,15. Ces dernières années, les AgNW ont attiré beaucoup plus d’attention en raison de leur bonne conductivité et de leur facilité de synthèse16,17,18,19.

Les AgNW sont l'un des matériaux les plus recherchés, car l'Ag en vrac a une conductivité élevée (6,3 × 107 S/m), ce qui les rend applicables dans la détection, l'électronique et le blindage contre les interférences électromagnétiques (EMI)20,21. De plus, les AgNW sont plus respectueux de l’homme que d’autres nanomatériaux conducteurs non métalliques comme les nanotubes de carbone, car ils possèdent des propriétés antimicrobiennes22. Par conséquent, les AgNW sont un candidat prometteur pour la fabrication de nanocomposites polymères conducteurs/AgNW (PAgNW)23,24. Une utilisation intéressante des PNC basés sur AgNW est la fabrication de biocapteurs électrochimiques pour la détection du cancer du sein25. Les biocapteurs électrochimiques sont un groupe de capteurs qui présentent une sensibilité élevée, une réponse rapide et de faibles coûts de fabrication pour détecter différents types d'agents biologiques et de maladies telles que le diabète26,27, le cancer28, etc. Le cancer du sein étant l'un des trois plus dangereux et mortels cancers chez la femme, une détection précoce peut être d’une grande aide pour les patientes. Par conséquent, il est nécessaire de développer des dispositifs de diagnostic rapide tels que des biocapteurs possédant une sensibilité et une sélectivité élevées29. Les AgNW, avec leur conductivité électrique élevée, leurs propriétés antibactériennes et leur surface spécifique élevée, sont d'excellents candidats pour la fabrication de biocapteurs électrochimiques basés sur des nanocomposites polymères pour la détection du cancer.