مطالعه اثر توزیع فاز سخت بر رسانندگی الکتریکی کامپوزیت پلیمر- نانو‌لوله کربن به عنوان دزیمتر پرتو با بهره‌گیری از روش مونت‌کارلو

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی

2 انرژی اتمی ایران

10.22052/4.3.49

چکیده

هدف از این پژوهش بررسی اثر توزیع نانو‌لوله کربن در رسانندگی الکتریکی کامپوزیت پلیمر-نانو‌لوله کربن به عنوان پاسخ دزیمتری این سیستم است. از این‌رو رسانندگی الکتریکی این کامپوزیت در توزیع‌های متفاوت شامل هم‌خط، همگن و کلوخه‌ای در حالات دو و سه‌بعدی شبیه‌سازی شده و با داده‌های تجربی سایر مقالات مقایسه و اعتبارسنجی گردید. برای توزیع نانو‌لوله‌های کربنی در بستر پلیمری در حالت سه بعدی از روش مونت‌کارلو و رهیافت حجم مستثنی بهره‌گیری شد. نتایج شبیه‌سازی در سه‌بعد نشان داد که رسانندگی الکتریکی کامپوزیت پلیمر- نانو‌لوله کربن وابسته به زاویه پراکنش نانو‌لوله‌ها در بستر پلیمری است. نتایج این شبیه‌سازی نشان داد که هر چه درجه کلوخه‌ای شدن کامپوزیت پلیمر-نانو‌لوله کربن بیشتر باشد، رسانندگی الکتریکی آن کاهش شدیدتری می‌یابد. به عبارتی دیگر با گذار از حالت کلوخه‌ای به همگنی، رسانندگی الکتریکی کامپوزیت مذکور افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The investigation of reinforcement phase distribution on electrical conductivity of Polymer-Carbon nanotube composite as radiation dosimeter: A Monte Carlo Method

نویسندگان [English]

  • Faezeh Salimi-Ahmadabad 1
  • Shahriar Malekie 2
  • Frhood Ziaie 2
چکیده [English]

The object of this research is the investigation of carbon nanotube (CNT) distribution effect on electrical conductivity of polymer-CNT composite as dosimetry response of this system. Thus, electrical conductivity of this composite was simulated for aligned, homogenous, and agglomerated distributions in 2D, and 3D situations. The results of simulation were compared and validated by experimental data in the literature. For 3D distribution of CNTs in polymer matrix, Monte Carlo method and excluded volume approach were utilized. The results of 3D simulation showed that electrical conductivity of polymer-CNT composite was depended on dispersion angle of CNTs in polymer matrix. The results of 2D simulation showed that more agglomeration of CNTs in polymer-CNT composite was leading to sever reduction of electrical conductivity. In the other hand, with transition of agglomeration to homogeneous dispersion of CNTs into polymer matrix, increasing of electrical conductivity of the composite was observed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polymeric nano-composite
  • Electrical conductivity
  • Monte Carlo
  • Dosimetry
[1] S. Iijima. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, 354 (1991) 56-58. [2] P. Ajayan, O. Stephan, C. Colliex, and D. Trauth. Aligned carbon nanotube arrays formed by cutting a polymer resin-nanotube composite. Science, 265(1994)1212-1214. [3] K. Arbabi, M. M. Larijani, and M. Ramazanov. Evaluation of a new ionisation chamber fabricated with carbon nanotubes. Radiation Protection Dosimetry, 141(2010) 222-227. [4] N. Yamamoto, R. Guzman de Villoria, and B. L. Wardle. Electrical and thermal property enhancement of fiber-reinforced polymer laminate composites through controlled implementation of multi-walled carbon nanotubes. Composites Science and Technology, 72 (2012) 2009-2015. [5] D. Moon, J. Obrzut, J. F. Douglas, T. Lam, K. K. Koziol, and K. B. Migler. Three dimensional cluster distributions in processed multi-wall carbon nanotube polymer composites. Polymer, 55 (2014) 3270-3277. [6] F. Puch and C. Hopmann. Morphology and tensile properties of unreinforced and short carbon fibre reinforced Nylon 6/multiwalled carbon nanotube-composites. Polymer, 55 (2014) 3015-3025. [7] D. Vennerberg, R. Hall, and M. R. Kessler. Supercritical carbon dioxide-assisted silanization of multi-walled carbon nanotubes and their effect on the thermo-mechanical properties of epoxy nanocomposites. Polymer, 55 (2014) 4156-4163. [8] S. Gong, Z. H. Zhu, and S. A. Meguid. Anisotropic electrical conductivity of polymer composites with aligned carbon nanotubes. Polymer, 56 (2015) 498-506. [9] S. Malekie and F. Ziaie. Study on a novel dosimeter based on polyethylene–carbon nanotube composite. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 791 (2015) 1-5. [11] Z. Ounaies, C. Park, K. E. Wise, E. J. Siochi, and J. S. Harrison. Electrical properties of single wall carbon nanotube reinforced polyimide composites. Composites Science and Technology, 63 (2003) 1637-1646. [12] N. Hu, Z. Masuda, C. Yan, G. Yamamoto, H. Fukunaga, and T. Hashida.The electrical properties of polymer nanocomposites with carbon nanotube fillers. Nanotechnology, 19 (2008) 215701. [13] J. E.Mark. Physical Properties of Polymers Handbook.Ohio, Springer, 2007. [14] Y. S. Song and J. R. Youn. Influence of dispersion states of carbon nanotubes on physical properties of epoxy nanocomposites. Carbon, 43 (2005) 1378-1385. [15] Alamusi, N. Hu, H. Fukunaga, S. Atobe, Y. Liu, J. Li. Piezoresistive Strain Sensors Made from Carbon Nanotubes Based Polymer Nanocomposites. Sensors, 11 (2011) 10691. [16] S. Malekie, F. Ziaie, S. Feizi, A. Esmaeli. Dosimetry characteristics of HDPE-SWCNT nanocomposite for real time application. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 833 (2016) 127-133. [17] S. Malekie, F. Ziaie. A two-dimensional simulation to predict the electrical behavior of carbon nanotube/polymer composites. Journal of Polymer Engineering, (2016). [18] S. Malekie, F. Ziaie, A. Esmaeli. Study on dosimetry characteristics of polymer–CNT nanocomposites: Effect of polymer matrix. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 816 (2016) 101-105.