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May 31, 2023

ポリマー銀ナノワイヤーシステムの電気伝導度のシミュレーション

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5 (2023) この記事を引用する 1715 アクセス 2 引用 1 Altmetric Metrics の詳細 高分子系の導電率の単純なモデルが開発されました

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5 (2023) この記事を引用

1715 アクセス

2 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

銀ナノワイヤ (AgNW) を含むポリマー系の導電性の単純なモデルが開発されました。 このモデルは、AgNW 強化サンプルのパーコレーションと導電率に対するナノワイヤーの界面の厚さ、トンネル距離、うねり、アスペクト比、および有効フィラー体積分率の影響を明らかにします。 このモデルの妥当性は、いくつかのサンプルからの測定データを使用してテストされます。 このモデルに基づいて、導電率の計算は測定値と適切に一致します。 大きなネットワークと低いパーコレーションの開始は、ナノコンポジットの導電性を発現する高アスペクト比のナノワイヤーによって生成されます。 この結果は、より厚い界面がネットワークを拡張し、それによって導電率が増加することも示しています。 さらに、波状でない AgNW は波状ナノワイヤと比較してより高い導電性を示します。 ポリマー媒体とナノワイヤーの表面エネルギーはサンプルの導電性に影響を及ぼさないと結論付けられています。 一方、相間の厚さとトンネル距離に加えて、ナノワイヤの体積分率とアスペクト比は、ナノ複合材料の導電性に最も大きな影響を与えます。

従来のポリマー複合材料には、有機および無機フィラーのマイクロメートルサイズの粒子が含まれています1。 これらの材料には高いフィラー含有量が必要であるため、複合材料の重量が増加し、加工が制限される可能性があります。 その結果、カーボンナノマテリアル（カーボンナノチューブ、グラフェンおよびその誘導体など）や金属ナノマテリアルなどの高導電性ナノフィラーを含むポリマーは、かなり低いナノフィラー含有量で十分な導電性ポリマーナノコンポジット（PNC）を提供します2、3。 研究者らは、バイオセンサー、アクチュエーター、スーパーキャパシターやバッテリーなどのエネルギー貯蔵装置、EMIシールド、静電気散逸（EDS）などを含む新しい用途向けにPNCを研究しています4、5、6。

ポリマーナノ複合材料の重要な特性は電気伝導率 (EC) であり、これは電子デバイスやセンサーでの実用化にとって非常に重要です 7、8、9。 高アスペクト比のカーボンナノチューブとナノワイヤは、高導電性 PNC の製造における棒状ナノフィラーとして特別な注目を集めています 10,11。 最近の研究により、独特の電子的、光学的、触媒的、磁気的、熱的特性を持つ金属ナノ材料の開発が行われています12,13。 銅、金、ニッケル、銀 (AgNW) を含む金属ナノワイヤは、大きなアスペクト比と優れた電気伝導性により、現在の用途に主要な役割を果たしています 14,15。 近年、AgNW は導電性が高く、合成が容易であるため、さらに注目を集めています 16、17、18、19。

AgNW は、バルク Ag が高い導電率 (6.3 × 107 S/m) を持ち、センシング、エレクトロニクス、電磁干渉 (EMI) シールドに応用できるため、最も望ましい材料の 1 つです20,21。 さらに、AgNW は抗菌特性を備えているため、カーボン ナノチューブなどの他の非金属導電性ナノ材料よりも人間に優しいです 22。 したがって、AgNW は、導電性ポリマー/AgNW ナノ複合材料 (PAgNW) の製造のための有望な候補です 23,24。 AgNW ベースの PNC の魅力的な用途は、乳がん検出用の電気化学バイオセンサーの製造です 25。 電気化学バイオセンサーは、糖尿病 26、27、癌 28 などのさまざまな種類の生物学的因子や疾患を検出するための、高感度、高速応答、低製造コストを示すセンサーのグループです。乳癌は、最も危険で致死率の高い 3 つのうちの 1 つであるためです。女性のがんは早期発見が患者にとって大きな助けとなります。 したがって、高い感度と選択性を備えたバイオセンサーなどの迅速診断デバイスを開発する必要がある29。 高い導電性、抗菌特性、および高い比表面積を備えた AgNW は、癌検出用のポリマーナノ複合材料に基づく電気化学バイオセンサーの製造に最適な候補です。