As estruturas de compósito polimérico reforçado com fibra de carbono estão desempenhando um papel cada vez mais importante na indústria aeroespacial, infraestrutura, geração de energia e transporte. Ainda assim, o comportamento elétrico de um composto é desafiador de medir ou prever por causa da condutividade elétrica das fibras de carbono constituintes e da complexa microestrutura hierárquica do composto.
No Journal of Applied Physics, pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign relatam a primeira medição direta da resistividade elétrica transversal de uma única fibra de carbono. Os pesquisadores combinaram uma preparação de amostra precisa com uma técnica chamada método van der Pauw para realizar essa medição desafiadora.
“Nossos experimentos confirmam que as propriedades elétricas medidas transversalmente a uma fibra de carbono não são as mesmas que as propriedades medidas ao longo do comprimento da fibra”, disse a coautora Nancy Sottos.
Quando as fibras de carbono são feitas, as fortes ligações covalentes carbono-carbono são alinhadas em planos paralelos ao eixo da fibra na direção longitudinal. Apenas ligações de van der Waals fracas existem entre os planos na direção transversal, levando a propriedades direcionalmente dependentes.
Os pesquisadores usaram uma técnica conhecida como método van der Pauw para medir com precisão a resistividade na direção transversal de uma fibra de carbono. As medições de resistência foram realizadas em uma fatia de corte de fibra de carbono usando um feixe de íons focalizado e conectado a eletrodos para medições de resistência elétrica.
“Nossos resultados revelam que uma fibra de carbono IM7 é mais eletricamente condutora na direção paralela ao comprimento”, disse o co-autor Satoshi Matsuo.
Anteriormente, o método van der Pauw era usado principalmente para medir a resistividade de filmes ou discos finos. Os pesquisadores cortaram e manipularam uma fatia de fibra de carbono usando um feixe de íons focalizado e uma agulha, uma ferramenta mais comumente usada para preparar espécimes de microscopia eletrônica de transmissão.
Os pesquisadores agora estão trabalhando em medições de resistência de contato elétrico entre duas fibras de carbono. A resistência do contato elétrico depende da resistividade elétrica e da área de contato, que também varia dependendo do ângulo em que as duas fibras se cruzam.
Em seguida, eles planejam examinar as medições de resistividade elétrica transversal em diferentes tipos de fibras de carbono com diferentes condições de medição, como a temperatura ambiente.
“Este procedimento também pode ser aplicado a outros materiais fibrosos condutores homogêneos com um diâmetro da ordem de mícrons, como fibra de polímero condutor ou fibra metálica”, disse Sottos.
Publicado em 22/09/2021 12h05
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