مروري بر خواص گرافن و آستانه فراگيري الكتريكي پوشش‌هاي حاوي گرافن

A Review on Electrical Properties of Graphene and Percolation Threshold of Graphene Based Coatings

گرافن مادهاي تكلايه و دوبعدي متشكل از كربن است كه در آن اتمهاي كربن با آرايشي شش گوشه به يكديگر متصل ميشوند. اين ماده به علت خواص منحصربهفرد الكتريكي، حرارتي، نوري و مكانيكي خود مورد توجه بسياري صنايع قرار گرفته است، تمامي اين خواص از ويژگيهاي ساختار الكتروني گرافن ناشي ميشود. مطابق نتايج حاصل از بررسي ترازهاي انرژي گرافن، اين ماده نيمه رسانا و فاقد شكاف انرژي است. رسانش در گرافن از طريق الكترون يا حفره با غلظتي به اندازه cm2 1013 صورت ميگيرد، سرعت حركت الكترونها در حضور ميدان الكتريكي تقريباً برابر با cm2 V1 s1 500000 است و حركت آنها در سراسر شبكه لانه زنبوري گرافن بسيار راحت و روان انجام ميشود. افزودن اين نانوذرات به محمل پليمري خواص آن را بهطور چشمگيري تغيير ميدهد، بهنحوي كه امروزه مطالعات بسياري به بررسي انواع روشهاي ساخت پوششهاي حاوي گرافن و ايجاد خواص بهينه در آنها اختصاص يافتهاست. در اين مقاله ابتدا به معرفي ساختار، خواص و روشهاي متنوع تهيه گرافن بهطور اجمالي پرداخته شده است و در ادامه انواع روشهاي ساخت پوششهاي حاوي گرافن مورد بررسي قرار ميگيرد. بخش اصلي مقاله نيز بر رسانايي الكتريكي پوششهايي با بسترهاي متنوع همچون اپوكسي، پلييورتان، پليپروپيلن، پلياستايرن، پلياستر و غيره متمركز شده كه در آنها دستيابي به پايينترين آستانه فراگيري الكتريكي (حداقل گرافن لازم جهت گذر از حالت عايق به حالت رسانا)، يافتن و كنترل عوامل اثرگذار بر اين متغير مورد بحث واقع شده است

Graphene is a monolayer twodimensional material in which the carbon atoms form a honeycomb lattice. The outstanding electrical, thermal, optical and mechanical properties of graphene due to its electronic structure have made graphene a promising nanostructure for vast range of applications. In this zerogap semiconductor material, electron/ hole carriers concentration is around 〖10〗^13 cm^(2) and it possesses high electron mobility (500000 s^(1) V^(1) cm^2) at room temperature. Adding graphene to a polymeric matrix enhances the polymer properties noticeably, various researches have been devoted to studying the fabrication methods of polymer/graphene coatings and achieving the optimum properties in them. In this paper, the general structure, properties and various procedures of graphene production are briefly investigated. Then the fabrication methods of polymer/graphene coatings are studied. The main part of this paper has focused on electrical conductivity of various coatings based on epoxy, polyurethane, polypropylene, polystyrene, polyester and etc. In which achieving the lowest possible electrical percolation threshold (minimum amount of graphene required to convert an insulator coating to a conductor), finding and controlling the factors that affect the percolation threshold are discussed.