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May 31, 2023

Simulazione della conduttività elettrica per sistemi di nanofili d'argento polimerici

Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 5 (2023) Cita questo articolo 1715 Accessi 2 Citazioni 1 Dettagli metriche altmetriche Viene sviluppato un semplice modello per la conduttività dei sistemi polimerici

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5 (2023) Citare questo articolo

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È stato sviluppato un modello semplice per la conduttività di sistemi polimerici inclusi nanofili d'argento (AgNW). Questo modello rivela gli effetti dello spessore dell'interfase, della distanza di tunneling, dell'ondulazione e delle proporzioni dei nanofili, nonché della frazione volumetrica del riempitivo efficace sulla percolazione e sulla conduttività elettrica dei campioni rinforzati con AgNW. La validità di questo modello viene testata utilizzando i dati misurati da diversi campioni. Sulla base di questo modello, i calcoli della conduttività corrispondono correttamente ai valori misurati. Una rete ampia e un inizio di percolazione basso sono prodotti da nanofili con un rapporto di aspetto elevato che sviluppa la conduttività del nanocomposito. I risultati mostrano anche che un’interfase più spessa espande la rete, aumentando così la conduttività elettrica. Inoltre, gli AgNW non ondulati mostrano una maggiore conduttività rispetto ai nanofili ondulati. Si conclude che le energie superficiali del mezzo polimerico e dei nanofili non hanno alcun effetto sulla conduttività dei campioni. D’altra parte, la frazione di volume e il rapporto d’aspetto dei nanofili, oltre allo spessore dell’interfase e alla distanza di tunneling, hanno le maggiori influenze sulla conduttività dei nanocompositi.

I compositi polimerici convenzionali contengono particelle di dimensioni micrometriche di riempitivi organici e inorganici1. Questi materiali richiedono un elevato contenuto di riempitivo, che può aumentare il peso del composito e limitarne la lavorazione. Di conseguenza, i polimeri contenenti nanoriempitivi altamente conduttivi come i nanomateriali di carbonio (come nanotubi di carbonio, grafene e suoi derivati) e i nanomateriali metallici forniscono nanocompositi polimerici (PNC) sufficientemente conduttivi con contenuti di nanoriempitivi notevolmente inferiori2,3. I ricercatori stanno esplorando i PNC per nuove applicazioni tra cui biosensori, attuatori, dispositivi di accumulo di energia come supercondensatori e batterie, schermatura EMI, dissipazione elettrostatica (EDS), ecc4,5,6.

Una proprietà importante dei nanocompositi polimerici è la loro conduttività elettrica (EC), che è estremamente importante per le applicazioni pratiche nei dispositivi elettronici e nei sensori7,8,9. I nanotubi e i nanofili di carbonio con rapporti di aspetto elevati hanno ricevuto particolare attenzione come nanoriempitivi a bastoncino nella fabbricazione di PNC ad alta conduttività10,11. Recenti ricerche hanno portato allo sviluppo di nanomateriali metallici dotati di proprietà elettroniche, ottiche, catalitiche, magnetiche e termiche uniche12,13. A causa delle grandi proporzioni e della conduttività elettrica superiore, i nanofili metallici tra cui rame, oro, nichel e argento (AgNW) introducono un ruolo importante nelle attuali applicazioni14,15. Negli ultimi anni, gli AgNW hanno attirato molta più attenzione grazie alla loro buona conduttività e alla facile sintesi16,17,18,19.

Gli AgNW sono uno dei materiali più desiderabili poiché l'Ag sfuso ha un'elevata conduttività (6,3 × 107 S/m), che li rende applicabili nella schermatura di rilevamento, elettronica e interferenze elettromagnetiche (EMI)20,21. Inoltre, gli AgNW sono più rispettosi dell’uomo rispetto ad altri nanomateriali conduttivi non metallici come i nanotubi di carbonio perché possiedono proprietà antimicrobiche22. Pertanto, gli AgNW sono un candidato promettente per la fabbricazione di nanocompositi polimero conduttivo/AgNW (PAgNW)23,24. Un uso interessante dei PNC basati su AgNW è la produzione di biosensori elettrochimici per il rilevamento del cancro al seno25. I biosensori elettrochimici sono un gruppo di sensori che presentano elevata sensibilità, risposta rapida e bassi costi di produzione per rilevare diversi tipi di agenti biologici e malattie come il diabete26,27, il cancro28, ecc. Poiché il cancro al seno è uno dei tre tumori più pericolosi e mortali tumori nelle donne, una diagnosi precoce può essere di grande aiuto per i pazienti. Di conseguenza, è necessario sviluppare dispositivi diagnostici rapidi come i biosensori che possiedono elevata sensibilità e selettività29. Gli AgNW con la loro elevata conduttività elettrica, proprietà antibatteriche ed elevata area superficiale specifica sono ottimi candidati per la produzione di biosensori elettrochimici basati su nanocompositi polimerici per il rilevamento del cancro.