29
туннелированию в чистом виде, а ε* = 1 – обычному термоактивированному туннелированию. При этом для параболического барьера
|
|
T1 |
|
|
σ =σ0 |
exp − |
|
||
|
||||
|
|
T +T0 |
||
На рисунке ниже показано, что данная модель хорошо описывает свойства саженаполненных КМ.
Температурная зависимость электропроводности композитов, содержащих (a) 6% сажи и (b) 15% сажи при различных давлениях.
Молекулярные композиты
В случае полупроводящих полимеров часто используются различные добавки в виде молекул, которые также можно рассматривать в качестве наполнителя. Полученные таким образом материалы называются молекулярными композитами. Молекулярные добавки выполняют различные функции, например, центров транспорта зарядов, центров переноса зарядов для генерации основных носителей и центров рекомбинации электронов и дырок с последующей фотоэмиссией. На рисунке ниже изображены молекулярные добавки, способствующие транспорту носителей в молекулярно допированных полимерах:
1 N метилкарбазол (mCbz)(a), 1,1 бис(ди 4 толиламинофенил) циклогексан (TAPC)(d), N,N дифенил N,N бис(3 метилфенил) [1,1' бифенил] 4,4' диамин (TPD) (e) и p диэтиламинобензальдегид 1,1 дифенилгидразон (DEH) (f). Примерами молекул, обеспечивающих транспорт электронов, могут служить (4 t бутилфенил) 5 (4 бифенил) 1,3,4 оксадиазол (PBD) (c), 8 гидроксихинолин алюминия (Alq3) (g) и factris(2 фенилпиридин) иридий (Ir(ppy)3) (h).
30
Нанокомпозиты
Нанокомпозиты (наполнитель – частицы с размером менее 100 нм) являются уникальными материалами. Основные отличия их от макро и микрокомпозитов заключаются в огромной удельной поверхности раздела наполнитель матрица, в большой объемной доле межфазной границы и малыми средними расстояниями между частицами наполнителя. В таблице приведены общее число атомов, число поверхностных атомов, а также их отношение в кристаллических частицах кубической формы различного размера (для простой кубической решетки и постоянной решетки 0,5 нм).
Длина ребра куба, |
N число атомов в |
Ns число поверхностных |
Ns/N |
нм |
частице |
атомов |
|
5 |
103 |
490 |
0,49 |
|
|
|
|
50 |
106 |
5,9x104 |
0,059 |
|
|
|
|
500 |
109 |
6x106 |
6x10 3 |
|
|
|
|
5000 |
1012 |
6x108 |
6x10 4 |
|
|
|
|
Как видно с уменьшением размера частиц резко возрастает доля поверхностных атомов. Аналогично изменяется удельная поверхность частиц при их измельчении:
Длина ребра |
Число частиц в |
Удельная |
куба, мкм |
объеме 1 см3 |
поверхность, см2/см3 |
104 |
1 |
6 |
|
|
|
31
103 |
103 |
6x10 |
|
|
|
1 |
1012 |
6x104 |
|
|
|
10 3 |
1021 |
6x107 |
|
|
|
То же самое иллюстрируют рисунки, приведенные ниже.
Типичными и наиболее широко использующимися ннаноразмерным наполнителями являются одностенные (слева) и многостенные (справа) углеродные нанотрубки и слоистые алюмосиликаты (внизу):
Длина нанотрубок может достигать сотен мкм при диаметре 5 50 нм, хотя форма реальных нанотрубок зачастую далека от идеальной структуры:
32
а –одностенные, b – двустенные, с – многостенные нанотрубки, d – углеродные нановолокна
Благодаря высокому значению коэффициента формы углеродные нанотрубки эффективны в качестве электропроводящих наполнителей
Электропроводность КМ поли(3 октилтиофен) – нанотрубки от концентрации наполнителя в зависимости от длины нанотрубок.
Слоистые алюмосиликаты широко используются в так называемых барьерных нанокомпозитах, отличающихся низким коэффициентом проницаемости для газов и низкомолекулярных жидкостей. Частицы наполнителя имеют пластинчатую форму и молекулам газа необходимо преодолеть длинный извилистый путь, чтобы проникнуть сквозь пленку барьерного наноматериала:
Коэффициент проницаемости Pc равен |
Pc |
= |
|
φm |
||
P |
|
|
||||
|
1 |
+ |
αφf |
|||
|
m |
|
2 |
|||