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01.06.2015 | Original Contribution | Ausgabe 6/2015

Colloid and Polymer Science 6/2015

Localized to long-range conductivity in polyaniline/magnetite nanocomposites followed by dielectric relaxation spectroscopy

Zeitschrift:
Colloid and Polymer Science > Ausgabe 6/2015
Autoren:
A. C. Vaz de Araújo, R. José de Oliveira, S. Alves Jr., W. Mendes de Azevedo

Abstract

Polyaniline (PAni) and magnetite (Fe3O4) are well-known semiconducting materials with quite different conduction mechanisms: localized conductivity for magnetite and long-range conductivity for PAni. Fe3O4 nanoparticles were used to polymerize aniline, forming a PAni/Fe3O4 hybrid nanocomposite. The microstructural evolution and the electrical behavior of this nanocomposite were studied by dielectric relaxation spectroscopy (DRS). Albeit being a powerful technique to probe the electrical properties of materials, DRS has not yet been used to characterize such system in reasonable detail. The dc conductivity for pure magnetite was approximately 10−6 S cm−1, while the values for the PAni/Fe3O4 nanocomposites were 1 order of magnitude higher. The Fe3O4 nanoparticles behave like a material composed of packed grains, with substantial grain volume and grain boundary effects, leading to different dielectric responses at high and low frequencies. The partial consumption of Fe3O4 during polymerization results in smaller magnetic crystals embedded within the PAni matrix, and the decreased number of crystallite interfaces leads to lower interfacial resistance. Hence, the formation of PAni causes a decrease in the material’s volume resistance and imparts long-range conduction pathways on the material. This work shows the feasibility of using DRS to follow the microstructural evolution of a nanocomposite and changes in its conduction mechanisms, which are essential for the proper development of novel materials and devices.

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