管径对导电性的影响
能带结构改变:碳纳米管的管径大小会影响其电子能带结构。当管径较小时,碳纳米管的能带结构可能会发生变化,使其呈现出金属性。例如,对于单壁碳纳米管,管径小于一定值(通常约 1 - 2nm)时,由于量子限域效应,电子的运动状态受到限制,导致能带结构发生改变,使得价带和导带部分重叠,电子可以自由运动,表现出良好的导电性,类似金属的导电特性。
散射作用变化:管径也会影响电子的散射。较细的管径使电子在碳纳米管内运动时,受到的散射中心相对较少。因为管径越小,碳纳米管内部结构越简单,电子与管壁原子或缺陷的碰撞概率相对较低,从而减少了电子散射,有利于电子的传导,提高导电性。相反,管径较大时,电子散射增加,导电性会下降。例如,当管径大于 6nm 左右时,电子散射明显增强,电导率会显著降低。
长度对导电性的影响
导电通路形成:碳纳米管的长度对于构建连续的导电通路起着关键作用。较长的碳纳米管在材料中更容易相互连接或跨越更大的距离,形成有效的导电网络。在复合材料中,长碳纳米管可以像 “桥梁” 一样,连接不同的区域,为电子提供连续的传输路径。例如,在导电塑料或橡胶等材料中,长碳纳米管能够更好地贯穿整个材料体系,使电子能够顺利地从一个位置传导到另一个位置,从而提高材料的导电性。
接触电阻影响:长度还会影响碳纳米管之间的接触电阻。当碳纳米管长度增加时,在一定程度上可以减少碳纳米管之间的接触点数量。因为较短的碳纳米管需要更多的连接点来形成导电通路,而每个连接点都会引入接触电阻。长碳纳米管可以通过减少连接点,降低接触电阻对整体导电性的不利影响,使电子传输更加高效。不过,如果碳纳米管过长,可能会出现缠绕、团聚等问题,反而影响其在材料中的均匀分散,进而对导电性产生负面影响。