分散性对导电通路形成的影响
当碳纳米管分散性良好时,它们能够在材料中均匀分布。这种均匀分布使得碳纳米管之间更容易相互接触,或者保持适当的距离以实现量子隧穿效应。例如,在导电复合材料中,均匀分散的碳纳米管可以像搭建桥梁一样,彼此连接形成连续的导电通路。电子能够在这些相互连接的碳纳米管组成的网络中顺利传输,从而使材料具有良好的导电性。
相反,如果碳纳米管分散性差,就会出现团聚现象。团聚的碳纳米管会形成局部的高浓度区域,在这些区域碳纳米管之间可能会过度堆叠,而在其他区域则可能出现碳纳米管缺失的情况。这样就难以形成完整、连续的导电通路,电子在传输过程中会受到阻碍,导致材料的导电性降低。
对量子隧穿效应的影响
分散良好的碳纳米管可以保持合适的间距。在纳米尺度下,当碳纳米管间距合适时,量子隧穿效应能够有效发挥作用。量子隧穿效应是指电子可以穿越一定的势垒,在没有直接接触的碳纳米管之间进行传导。适当的分散可以优化碳纳米管之间的间距,使得量子隧穿效应能够更有效地辅助电子传输,从而提高材料的导电性。
而团聚的碳纳米管会导致间距分布不均匀。在团聚体内部,碳纳米管间距过小,可能会由于相互作用过强而产生一些缺陷或能量损耗;在团聚体之间,间距可能过大,超出了量子隧穿效应能够有效发挥作用的范围,电子无法顺利通过这些间隙,进而影响材料的导电性。
对界面电阻的影响
当碳纳米管分散性好并与基体材料充分接触时,碳纳米管与基体之间的界面电阻较小。良好的分散可以使碳纳米管在基体中均匀分布,其表面与基体材料能够充分相互作用,电子在碳纳米管和基体材料之间的传输更加顺畅,减少了因界面不匹配而产生的电阻。
分散性差时,碳纳米管团聚体与基体材料的接触是不均匀的。在团聚体与基体材料的界面处,由于接触面积小且可能存在空隙等缺陷,会产生较大的界面电阻。电子在经过这些界面时会遇到较大的阻碍,使得材料整体的导电性下降。