مروری بر خواص گرافن و آستانه فراگیری الکتریکی پوشش‌های حاوی گرافن

نویسندگان

1 پوشش های سطح و فناوری های نوین، موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش

2 پوششهای سطح و خوردگی، موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش

3 گروه پوششهای سطح و خوردگی، موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش

چکیده

گرافن ماده‌ای تک‌لایه و دوبعدی متشکل از کربن است که در آن اتم‌های کربن با آرایشی شش گوشه به یکدیگر متصل می‌شوند. این ماده به علت خواص منحصربه‌فرد الکتریکی، حرارتی، نوری و مکانیکی خود مورد توجه بسیاری صنایع قرار گرفته ‌است، تمامی این خواص از ویژگی‌های ساختار الکترونی گرافن ناشی می‌شود. مطابق نتایج حاصل از بررسی ترازهای انرژی گرافن، این ماده نیمه رسانا و فاقد شکاف انرژی است. رسانش در گرافن از طریق الکترون یا حفره با غلظتی به اندازه cm-2 1013 صورت می‌گیرد، سرعت حرکت الکترون‌ها در حضور میدان الکتریکی تقریباً برابر با cm2 V-1 s-1 500000 است و حرکت آن‌ها در سراسر شبکه لانه زنبوری گرافن بسیار راحت و روان انجام می‌شود. افزودن این نانوذرات به محمل پلیمری خواص آن را به‌طور چشمگیری تغییر می‌دهد، به‌نحوی که امروزه مطالعات بسیاری به بررسی انواع روش‌های ساخت پوشش‌های حاوی گرافن و ایجاد خواص بهینه در آن‌ها اختصاص یافته‌است. در این مقاله ابتدا به معرفی ساختار، خواص و روش‌های متنوع تهیه‌ گرافن به‌طور اجمالی پرداخته ‌شده است و در ادامه انواع روش‌های ساخت پوشش‌های حاوی گرافن مورد بررسی قرار می‌گیرد. بخش اصلی مقاله نیز بر رسانایی الکتریکی پوشش‌هایی با بسترهای متنوع همچون اپوکسی، پلی‌یورتان، پلی‌پروپیلن، پلی‌استایرن، پلی‌استر و غیره متمرکز شده که در آنها دستیابی به پایین‌ترین آستانه‌ فراگیری الکتریکی (حداقل گرافن لازم جهت گذر از حالت عایق به حالت رسانا)، یافتن و کنترل عوامل اثرگذار بر این متغیر مورد بحث واقع شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • Zahra Ranjbar 2
  • Hosein Yari 3
2 Surface Coating and Corrosion Department, Institute for Color Science and Technology
3 Surface coating and Corrosion Department, Institute for Color Science and Technology
چکیده [English]

Graphene is a monolayer two-dimensional 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 zero-gap 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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • graphene
  • coating
  • Electrical conductivity
  • Electrical Percolation Threshold