Estudio eléctrico y térmico de compuestos nanoestructurados de poli(sulfuro de fenileno) reforzados con nanotubos de carbono

Electrical and Thermal study of carbon nanotubes reinforced poly (phenylene sulfide) nanostructured composites

En este trabajo se investigó el comportamiento de cristalización y la conductividad eléctrica de compuestos nanoestructurados de poli(sulfuro de fenileno) reforzados con nanotubos de carbono multipared obtenidos por mezcla en fusión. La incorporación de nanorrelleno en la matriz polimérica fue responsable de un aumento de la cristalinidad debido al fenómeno de nucleación heterogénea. La conductividad eléctrica del PPS aumentó en 11 órdenes de magnitud con un 2,0% en peso de MWCNT. Además, el umbral de percolación eléctrica encontrado en este sistema fue del 1,4% en peso, lo que sugiere la formación de una red conductora tridimensional dentro de la matriz polimérica.

INTRODUCCIÓN

Los compuestos poliméricos conductores de la electricidad (ECPC) han recibido una gran atención en los círculos científicos y académicos durante la última década, debido principalmente a sus propiedades físicas y a la procesabilidad de los polímeros aislantes combinada con el comportamiento eléctrico, óptico y magnético de los materiales conductores. Esta combinación de propiedades permite utilizar estos materiales en aplicaciones como calentadores autorregulables, apantallamiento electromagnético, disipación de cargas estáticas y biosensores, entre otras.

En este contexto, los polímeros reforzados con nanotubos de carbono se consideran una excelente alternativa, ya que se pueden obtener materiales con diferentes niveles de conductividad eléctrica, proporcionando una mayor flexibilidad para el procesamiento de dispositivos electrónicos con propiedades específicas. Algunos de los principales aspectos a considerar en su obtención son la relación de aspecto de estas nanopartículas, así como su distribución y dispersión en diferentes matrices poliméricas.

La cantidad de nanopartículas incorporadas a la matriz juega un papel fundamental en la obtención de CPCEs. El mecanismo de conductividad de estos materiales puede explicarse por la formación de una red tridimensional de CNTs dentro de la matriz polimérica, que depende en gran medida de la distribución y dispersión del nanorefuerzo. Cuando la concentración de nanopartículas alcanza un nivel crítico, la conductividad eléctrica de la matriz aumenta inesperadamente en un fenómeno conocido como límite de percolación eléctrica. Tras este abrupto aumento de la conductividad eléctrica, ésta mostrará modestos incrementos a medida que aumente el aditivo conductor en el interior de la matriz polimérica.

La conductividad eléctrica de los CPCE se ha estudiado ampliamente para obtener materiales con propiedades eléctricas avanzadas. La elección de la matriz polimérica utilizada, el método empleado para obtener los composites nanoestructurados, la relación de aspecto de los CNTs y la dispersión/distribución del refuerzo en la matriz son factores determinantes en la obtención de CPCEs.