Temperature Dependence of Conductivity in Conjugated Polymers Doped by Carbon Nanotubes

Abstract

The structure and temperature dependence of conductivity in conjugated polymers - polyaniline and poly-3,4-ethylenedioxythiophene doped by multiwall carbon nanotubes (MWCNT) with their content near percolation threshold were studied. It was found that temperature dependence of specific volume resistance follows by activation low and is linear in lnρ-1/T coordinates in the temperature interval of 273- 403 K. Introduction of carbon nanotubes in concentration near percolation threshold (0.13-0.64%) leads to increase of conductivity in polymer nanocomposites in 4.4-9.5 times. Simultaneously the activation energy of charge transport increasing for conjugated polymers-MWCNT nanocomposites comparatively with initial polymers. According to X-ray powder diffraction a process of polymer doping by MWCNT leads to increasing polymer crystalline level in result of formation the ordered “domains” in the amorphous polymer matrix. This structural streamlining leads to an increase of the energy required overcoming areas of amorphous phase and charge carriers are localized in the areas of crystallinity.

Досліджено структуру і температурну залежність провідності спряжених полімерів – поліаніліну і полі-3,4-етилендіокситіофену, легованих багатостінними карбоновими нанотрубками (БСКНТ) з їхнім вмістом близьким до порогу перколяції. Встановлено, що температурна залежність питомого опору підпорядковується активаційному закону і спрямляється в координатах lnρ - 1/T в інтервалі темпера тур 273-403 K. Додавання карбонових нанотрубок концентрацією в області порогу перколяції (0.13- 0.64%) спричиняє зростання провідності полімерного нанокомпозиту в 4.4-9.5 рази. Разом з тим енергія активації переносу заряду в нанокомпозитах спряжений полімер – БСКНТ є більшою порівняно з вихідним полімером. Згідно даних Х-променевої порошкової дифрактометрії процес легування полімерів БСКНТ спричиняє збільшення рівня кристалічності в результаті формування упорядкованих «доменів» в аморфній полімерній матриці. Таке структурне впорядкування приводить до збільшення енергії, необхідної для подолання ділянок аморфної фази і локалізації носіїв заряду в областях кристалічності.

Исследованы структура и температурная зависимость проводимости сопряженных полимеров – полианилина и поли-3,4-этилендиокситиофена, легированованых многослойными карбоновыми нанотрубками (МСКНТ) с содержанием, близким к порогу перколяции. Установлено, что температурная зависимость удельного сопротивления подлежит активационному закону и спрямляется в координатах lnρ - 1/T в интервале температур 273-403 K. Введение карбоновых нанотрубок при концентрации, близкой к порогу перколяции (0.13-0.64%) приводит к росту проводимости полимерного нанокомпозита в 4.4-9.5 раз. Вместе с тем энергия активации переноса заряда в нанокомпозитах сопряженный полимер - МСКНТ имеет большее значение по сравнению с исходным полимером. Согласно данным рентгеновской порошковой дифракции процесс легирования полимера МСКНТ приводит к увеличению уровня кристалличности в результате формирования упорядоченных «доменов» в аморфной полимерной матрице. Такое структурное упорядочение приводит к увеличению энергии, необходимой для преодоления участков аморфной фазы и локализации носителей заряда в областях кристалличности.