مطالعۀ خواص الکتریکی یک دزیمتر جدید بر پایۀ نانوکامپوزیت پلیمر-نانولوله کربن

نویسندگان

پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران

10.22052/2.3.17

چکیده

استفاده از نانوکامپوزیت پلیمر-نانولوله ‌کربن در دزیمتری، نویدبخش اندازه‌گیری دز درون بافت به‌صورت هم‌زمان و با قدرت تفکیک بالا در صنعت پزشکی هسته‌ای و اندازه‌گیری آهنگ دز به‌منظور پایش محیطی در حفاظت در برابر اشعه است. در این پژوهش، با توجه به ویژگی‌های الکتریکی منحصربه‌فرد نانولوله‌های کربنی در افزایش چندمرتبه‌ای رسانندگی الکتریکی پلیمرها، ایدۀ استفاده از نانوکامپوزیت پلی‌اتیلن- نانو‌لوله‌ کربن (PE-CNT) به‌عنوان یک دزیمتر فعال مطرح می‌شود. از جمله عوامل مؤثر در پاسخ این نوع دزیمتر، تغییر رسانندگی الکتریکی کامپوزیت در اثر جذب پرتو است. در این پژوهش، با شبیه‌سازی رسانندگی الکتریکی کامپوزیت PE-CNT در درصدهای وزنی مختلف با استفاده از نرم‌افزار COMSOL، آستانۀ ‌گذر (Percolation Threshold) در دو آرایش تصادفی و آرایه‌ای برآورد و با معادلۀ متقارن بروگمَن مقایسه می‌شود. نتایج بر استفاده از ابزار شبیه‌سازی با نرم‌افزار مذکور به‌منظور ارزیابی رسانندگی الکتریکی مؤثر کامپوزیت PE-CNT با هدف دزیمتری صحّه می‌گذارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of electrical properties of a novel dosimeter based on polymer-carbon nanotube nano-composite

نویسندگان [English]

  • Farhood Ziaie
  • Shahryar Malekie
چکیده [English]

Use of carbon nanotubes (CNTs) in dosimetry is a promising technique for real time in vivo dose measurements with high resolution for nuclear medicine and also dose rate monitoring for radiation protection utilizations. In this research with respect to extraordinary electrical properties of CNTs for several order of magnitudes increasing in electrical conductivity of polymeric matrix, the idea of application of polymer-CNT composite is introduced. One of the effective factors in the response of this kind of dosimeter is electrical conductivity variation due to radiation absorption. In this research, we simulated electrical conductivity of polyethylene-CNT composite with COMSOL Multiphysics software in different weight percentages of CNTs and then percolation threshold for two kinds of geometries random and array was evaluated and compared with Bruggeman Symmetric Equation. The results of simulation showed that the application of COMSOL software for evaluating effective electrical conductivity of PE-CNT composite is suitable for dosimetry purpose

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carbon Nanotube
  • Electrical conductivity
  • PE-CNT composite
  • Real time dosimeter
  • COMSOL Multiphysics software

مراجع

[1] S. Iijima, \"Helical microtubules of graphitic carbon,\" Nature, vol. 354, pp. 56-58, 1991. [2] T. Durkop, et al., \"Extraordinary Mobility in Semiconducting Carbon Nanotubes,\" NANO LETTERS, vol. 4, pp. 35-39, 2004. [3] W. Bauhofer and J. Z. Kovacs, \"A review and analysis of electrical percolation in carbon nanotube polymer composites,\" Composites Science and Technology, vol. 69, pp. 1486-1498, 2009. [4] S. Maiti, et al., \"Low percolation threshold in melt-blended PC/MWCNT nanocomposites in the presence of styrene acrylonitrile (SAN) copolymer: Preparation and characterizations,\" Synthetic Metals, vol. 165, pp. 40-50, 2013. [5] O. Korostynska, et al., \"Radiation-induced changes in the electrical properties of carbon filled PVDF thick films,\" Materials Science and Engineering: B, vol. 141, pp. 115-120, 2007. [6] J. Ma and J. Yeow, \"Effect of percolation on electrical conductivity in a carbon nanotube-based film radiation sensor,\" IEEE, 2008. [7] F. Ziaie, et al., \"Storing Effects on Electrical Properties of High Energy Electron Beam Irradiated LDPE and HDPE,\" International Journal of Polymeric Materials, vol. 60, pp. 939–946, 2011. [8] F. Ziaie, et al., \"Effect of crystallinity on electrical properties of electron beam irradiated LDPE and HDPE,\" Radiation Physics and Chemistry, vol. 76, pp. 1684-1687, 2007. [9] W. S. Bao, et al., \"A novel approach to predict the electrical conductivity of multifunctional nanocomposites,\" Mechanics of Materials, vol. 46, pp. 129-138, 2012. [10] J. Wu and D. S. McLachlan, \"Percolation exponents and thresholds in two nearly ideal anisotropic continuum systems,\" Physica A, vol. 241, pp. 360-366, 1997. [11] Y. H. Li and J. T. Lue, \"Dielectric Constants of Single-Wall Carbon Nanotubes at Various Frequencies,\" Journal of Nanoscience and Nanotechnology, vol. 7, pp. 1-4, 2007. [12] G. Shani, Radiation Dosimetry: Instrumentation and Methods, second ed.: CRC Press, 2001.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار