Manipulation of carbon nanoparticles in composites with electric fields for improved electrical properties

Die Dispersion elektrisch leitfähiger Nanopartikel in einer Polymermatrix ermöglicht die Herstellung einer nützlichen Materialklasse: elektrisch leitfähige Polymerkomposite. Die gezielte Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit des leitfähigen Komposits ist jedoch nicht trivial, da viele Material- und Verarbeitungsparameter die Partikel-Netzwerkstruktur im Komposit beeinflussen die letztlich für die elektrische Leitfähigkeit ausschlaggebend ist. In dieser Arbeit werden die elektrischen Eigenschaften von Epoxid-Nanokompositen mit Kohlenstoff-Nanopartikeln als leitfähigem Füllstoff für verschiedene Verarbeitungsbedingungen untersucht. ... mehr
Im Unterschied zu einem klassischen Formgebungsverfahren für Epoxidmaterialien wird die Anwendung von elektrischen Feldern während des Aushärtungsprozesses als zusätzlicher Prozessparameter benutzt. Elektrische Felder werden während des Aushärtens an die Nanokomposite angelegt, wodurch die elektrischen Eigenschaften des Endmaterials durch Induktion von Polarisations- und Dipol-Wechselwirkungen zwischen den leitenden Partikeln (Dielektrophorese) beeinflusst werden. Diese führen zu einer neuen, und im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit vorteilhaften Mikro- und Nanostruktur des leitfähigen Netzwerks. Dieses Phänomen wird für ein System von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren in einer Epoxidharzmatrix im Hinblick auf den Einfluss verschiedener Verarbeitungsparameter auf die elektrische Leitfähigkeit des Systems untersucht. Darauf aufbauend wird ein skalierbares Verfahren auf der Grundlage des Harzinjektionsverfahrens zur Herstellung von Nanokompositen unter elektrischen Feldern entwickelt.
Für ein besseres Verständnis der Mechanismen, die der Wirkung elektrischer Felder auf die Rotation und die Verschaltung von SWCNTs werden die eigenen Ergebnisse mit Simulationen kooperierender Wissenschaftler der Anáhuac Mayab Universit¨1t (Merida, Mexiko) und das Imperial College London (Vereinigtes Königreich) verglichen.

The dispersion of electrically conductive nanoparticles in a polymer matrix enables the production of an useful class of materials: electrically conductive polymeric composites. However, tuning the electrical conductivity of the final conductive composite is not trivial: many variables play a role in view of the final particle network structure in the composite, which governs the electrical conductivity. In this work, the electrical properties of epoxy nanocomposites with carbon nanoparticles as conductive filler are investigated for different processing conditions.
Compared to a classical shaping process for epoxy materials, the application of electric fields during the curing process is used as an additional process parameter. ... mehrElectric fields are applied to the nanocomposites during curing, influencing the electrical properties of the final material by inducing polarization and dipole interactions between the conductive particles (dielectrophoresis), leading to a new micro- and nanostructure of the conductive network. This phenomenon is studied for a system of single-wall carbon nanotube and the impact of processing parameters on the electrical response of the system is evaluated.
A scalable process based on resin transfer moulding for producing nanocomposites under electric fields is developed.
This processing technique presents promising results for enhancing and tailoring the electrical conductivity of polymer nanocomposites.
For a better understanding of the effect of electric fields on the rotation and interconnection of SWCNTs, the own findings are compared to simulations of cooperating scientists from Anáhuac Mayab University (Merida, Mexico) and Imperial College London (United Kingdom).