Физика Низких Температур: Том 47, Выпуск 10 (Октябрь 2021), c. 942-948    ( к оглавлению , назад )

Influence of temperature variation on the electrical conductivity of zigzag carbon nanotubes under homogeneous axial dc field

M. Amekpewu1, S. Y. Mensah2, R. Musah1, S. S. Abukari2, K. A. Dompreh2, N. G. Mensah3, and M. Kuwonu1

1Department of Applied Physics, C. K. Tedam University of Technology and Applied Sciences, Navrongo, Ghana

2Department of Physics, College of Agriculture and Natural Sciences, U.C.C, Ghana
E-mail: kwadwo.dompreh@ucc.edu.gh

3Department of Mathematics, College of Agriculture and Natural Sciences, U.C.C, Ghana

Received February 23, 2021, published online August 26, 2021

Abstract

We present theoretical framework investigations of the influence of temperature variation on the electrical conductivity of zigzag carbon nanotubes (CNTs) under the applied homogeneous axial dc field. This study was done semiclassically by solving Boltzmann transport equation to derive the current density of zigzag CNT as a function of homogenous axial dc field and temperature. Plots of the normalized current density versus homogeneous dc field applied along the axis of semiconducting zigzag CNTs as room temperature increases from 293 to 299 K revealed a significant increase in electrical conductivity, whereas in metallic zigzag CNTs, almost constant or a negligible decrease in electrical conductivity is observed. The study predicts semiconducting zigzag CNT as a potential material for temperature sensors since it exhibits a faster response and a substantially higher sensitivity to room temperature changes than the metallic counterpart. The electrical conductivity of metallic zigzag CNTs increases immensely as the temperature is reduced to a very low value which could probably lead to a potential superconductivity property that usually occurs at very low temperatures. These potential temperature sensors and superconductors of nanomaterial have vast applications in current-day science and technology.

Анотація

Представлено теоретичні дослідження впливу температурних змін на електропровідність зиґзаґоподібних вуглецевих нанотрубок (ВНТ) під дією однорідного осьового електрич-ного постійного поля. Рівняння Больцмана використано для визначення щільності струму зиґзаґоподібних ВНТ як функції однорідного осьового постійного поля та температури. Графіки нормованої щільності струму в залежності від однорідного постійного поля, яке прикладене вздовж осі напівпровідникових зиґзаґоподібних ВНТ, при підвищенні кімнатної температури з 293 до 299 К показали значне збільшення електропровідності, тоді як в металевих зиґзаґоподібних ВНТ вона практично постійна або незначно зменшується. Передбачається, що напівпровідникові зиґзаґоподібні ВНТ можуть стати потенційним матеріалом для датчиків температури, оскільки демонструють більш швидкий відгук та значно вищу чутливість до змін кімнатної температури, ніж їх металеві аналоги. Електрична провідність металевих зиґзаґоподібних ВНТ значно збільшується при зниженні температури до дуже низького значення, що, ймовірно, може привести до надпровідності, яка зазвичай виникає при дуже низьких температурах. Ці потенційні датчики температури та надпровідники з наноматеріалів знаходять широке застосування в сучасній науці та техніці.

Key words: carbon nanotubes, conductivity, temperature variation, current density, dc field.