مدل توسعه‌ يافته براي هدايت الكتريكي كامپوزيت سيليكون رابر- نانو لوله كربني بر اساس قانون تواني

A Developed Model for Electrical Conductivity of Silicone Rubber-Carbon Nanotube (CNT) Nanocomposites Based on Power-Law Model

در اين پژوهش، مدلي براي هدايت الكتريكي نانو كامپوزيت سيليكون رابر - نانو لوله كربني، بر اساس قانون تواني و رابطه هالپين-تساي، توسعه داده شده است. مدل‌هايي كه عموما در مقالات استخراج شده‌اند اثرات پارامترهاي مختلف نانوذره و فاز مياني را در نظر نگرفته‌اند. مدل هالپين-تساي به منظور محاسبه مدول كششي كامپوزيت‌ها ارائه شده كه با جاي‌گذاري پارامترهاي الكتريكي، مي‌توان آن را با هدف تخمين هدايت الكتريكي، اصلاح كرد. در اين مقاله ماهيت فيزيكي توان b در قانون تواني بر اساس پارامترهاي مختلف نانوذرات و فاز مياني تعريف شده و تاثير آنها بر b و هدايت الكتريكي نانوكامپوزيت، مورد تحليل و بررسي قرار گرفته است. مدل توسعه داده شده نشان مي­دهد هرچه غلظت، طول و هدايت الكتريكي نانو لوله و ضخامت فاز مياني افزايش يابد، هدايت الكتريكي نانوكامپوزيت نيز افزايش خواهد يافت. همچنين كاهش قطر و اعوجاج نانو لوله نيز باعث افزايش هدايت الكتريكي نانوكامپوزيت زمينه پليمري مي‌شود. به منظور صحت‌سنجي رابطه توسعه‌يافته، نمونه‌هاي نانو كامپوزيت با درصدهاي حجمي مختلف با روش اختلاط ذوبي حالت جامد ساخته شده و مورد آزمون هدايت الكتريكي قرار گرفته‌اند. نتايج محاسبات و آزمايش تجربي اختلاف شش درصدي را نشان مي­ دهد.

In this paper, a new model has been proposed to estimate the electrical conductivity of polymer carbon nanotube (CNT) nanocomposites based on the conventional power-law model and Halpin-Tsai formulation. Halpin-Tsai model was originally presented to calculate the tensile modulus of composites, which can be modified for the estimation of the electrical conductivity by replacing the electrical parameters. The nature of the “b” exponent in the power-law model is defined according to CNT dimensions, CNT electrical conductivity, and the interphase thickness, and also the impacts of these parameters on the “b” and the electrical conductivity of nanocomposite are taken into consideration. The developed model interprets that the electrical conductivity of polymer-CNT nanocomposite increases as the concentration, length, and electrical conductivity of CNT and the interphase thickness increase. Furthermore, reduction in CNT diameter and waviness results in the growth of nanocomposite electrical conductivity. In order to validate the developed model, nanocomposite samples with different volume fractions were produced by the solid-state technique of the melt-blending method. The results of calculations and experimental procedures show good agreement.