Le strutture composite polimeriche rinforzate con fibra di carbonio stanno svolgendo un ruolo sempre più importante nel settore aerospaziale, infrastruttura, generazione di energia, e trasporto. Ancora, il comportamento elettrico di un composito è difficile da misurare o prevedere a causa della conduttività elettrica delle fibre di carbonio costituenti e della complessa microstruttura gerarchica del composito.

In Rivista di fisica applicata , ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign riportano la prima misurazione diretta della resistività elettrica trasversale di una singola fibra di carbonio. I ricercatori hanno combinato una precisa preparazione del campione con una tecnica chiamata metodo van der Pauw per realizzare questa impegnativa misurazione.

"I nostri esperimenti confermano che le proprietà elettriche misurate trasversalmente a una fibra di carbonio non sono le stesse delle proprietà misurate lungo la lunghezza della fibra, ", ha affermato la coautrice Nancy Sottos.

Quando vengono prodotte le fibre di carbonio, i forti legami covalenti carbonio-carbonio sono allineati in piani paralleli all'asse della fibra in direzione longitudinale. Esistono solo legami di van der Waals deboli tra i piani nella direzione trasversale, che porta a proprietà dipendenti dalla direzione.

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica nota come metodo van der Pauw per misurare con precisione la resistività nella direzione trasversale di una fibra di carbonio. Le misurazioni della resistenza sono state eseguite su una fetta di fibra di carbonio tagliata utilizzando un fascio ionico focalizzato e collegata ad elettrodi per le misurazioni della resistenza elettrica.

"I nostri risultati rivelano che una fibra di carbonio IM7 è più elettricamente conduttiva nella direzione parallela alla lunghezza, ", ha affermato il co-autore Satoshi Matsuo.

In precedenza, il metodo van der Pauw è stato utilizzato principalmente per misurare la resistività di film sottili o dischi. I ricercatori hanno tagliato e manipolato una fetta di fibra di carbonio usando un fascio di ioni focalizzato e un ago, uno strumento più comunemente usato per preparare campioni di microscopia elettronica a trasmissione.

I ricercatori stanno ora lavorando su misurazioni della resistenza del contatto elettrico tra due fibre di carbonio. La resistenza del contatto elettrico dipende dalla resistività elettrica e dall'area di contatto, che varia anche a seconda dell'angolo con cui le due fibre si incrociano.

Prossimo, intendono esaminare le misure di resistività elettrica trasversale su diversi tipi di fibre di carbonio con condizioni di misura variabili come la temperatura ambientale.

"Questa procedura può essere applicata anche ad altri materiali fibrosi conduttivi omogenei con un diametro dell'ordine dei micron come fibra polimerica conduttiva o fibra metallica, " ha detto Sottos.