As propriedades elétricas de uma fibra de carbono são muito diferentes quando medidas em sua largura ou comprimento, de acordo com um novo estudo de Satoshi Matsuo e Nancy Sottos da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign nos Estados Unidos. Usando uma técnica projetada para sondar a resistividade elétrica de materiais 2D, a dupla mostrou pela primeira vez que as fibras são significativamente menos condutoras na direção transversal.
Quando as fibras de carbono são tecidas em folhas interligadas, os materiais compostos que eles produzem podem exibir uma variedade única de propriedades elétricas, com aplicações que incluem blindagem eletromagnética; detecção de danos estruturais em edifícios; e proteção contra quedas de raios. Para adaptar esses compostos para usos específicos, é importante ter modelos precisos de seus comportamentos elétricos. No entanto, a estrutura complexa desses materiais torna isso extremamente desafiador.
As fibras de carbono medem apenas alguns mícrons de diâmetro e compreendem feixes de filamentos de carbono menores, que são compostos por folhas amassadas de átomos de carbono. Dentro dessas folhas, fortes ligações covalentes entre os átomos são alinhadas paralelamente ao eixo da fibra. Em escalas de comprimento mais longas, os filamentos são unidos por forças de van der Waal muito mais fracas.
Difícil de caracterizar
Essas estruturas hierárquicas são muito difíceis de caracterizar de forma confiável, então Matsuo e Sottos optaram pelo método “van der Pauw”. Esta técnica é comumente usada para medir as resistividades de materiais 2D e envolve a colocação de dois pares separados de eletrodos em torno do perímetro de uma amostra. Em seu experimento, a dupla conectou os eletrodos a fatias 2D de fibra de carbono, que cortaram usando um feixe de íons focalizado.
Em todo o diâmetro da fibra, a dupla mediu uma resistividade elétrica cerca de seis vezes maior do que ao longo de seu comprimento. Isso significa que o material é um condutor elétrico mais pobre na direção transversal do que na direção longitudinal – algo que pode ter implicações importantes em como as correntes elétricas se movem através de um componente de fibra de carbono.
Seus resultados são um passo à frente nos esforços para entender melhor as propriedades elétricas das fibras de carbono – mas os pesquisadores ainda têm muito a aprender sobre as características de materiais compostos muito mais complexos.
Matsuo e Sottos estão agora fazendo mais progressos em direção a esse objetivo, medindo a resistência de contato elétrico entre duas fibras de carbono separadas. Este valor está diretamente relacionado com as resistividades transversais das fibras; bem como a área de contato entre eles e o ângulo em que se cruzam. No futuro, os pesquisadores também esperam avaliar como as propriedades elétricas variam em diferentes condições ambientais, como a temperatura. Além disso, eles esperam realizar experimentos semelhantes em fibras feitas de outros materiais condutores, como polímeros ou metais.
Publicado em 02/11/2021 08h40
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