ESTUDIO DE IMPEDANCIAS CON DOPADO MWCNT

La Figura 58 muestra los resultados obtenidos de las medidas sobre las células sin dopar y dopadas con MWCNTs para las tensiones de polarización de 0V, 3Vp y 8Vp representadas mediante diagramas Cole-Cole. Los resultados representados son los mismos en las tres gráficas pero a diferentes escalas para poder apreciar todos los detalles.

Como se puede observar en la Figura 58.a, la célula no dopada presenta un comportamiento similar al de un condensador prácticamente en todo el rango de frecuencias de estudio (de 100Hz a 1MHz) y para todas las tensiones de polarización. Como se ha indicado anteriormente, la representación de un condensador ideal en los diagramas Cole-Cole, es una recta vertical. Los resultados muestran que esta línea está ligeramente inclinada, lo que hace suponer que existe una pequeña contribución de carácter resistivo. Además, se puede apreciar que conforme va aumentando la tensión de polarización, la inclinación es más acusada. Esto es debido a que, con la reorientación de las moléculas, se produce un cambio en la permitividad dieléctrica del medio.

Efectivamente, con el cambio de orientación de las moléculas de CL y debido a su anisotropía dieléctrica, el campo pasa de detectar la permitividad dieléctrica ordinaria a detectar la extraordinaria.

Debido a que la permitividad dieléctrica extraordinaria es mayor que la ordinaria, tomando la ecuación (45), la capacidad es menor en el caso de orientación homogénea. El aumento de la capacidad produce que el semicírculo se cierre, lo que hace que la curvatura sea más pronunciada, como se indicó en el ejemplo presentado del capítulo 3. Continuando con el circuito del ejemplo que se presentó en el anterior capítulo, se puede comprobar que el valor de la resistencia R1 se aproxima a 200Ω (Figura 58.c), ya que el

arco parte desde ese valor del eje de abscisas. La impedancia equivalente del sistema, por lo tanto, ha disminuido; por el aumento de la permitividad dieléctrica.

La medida de las células dopadas con MWCNTs muestra un cambio muy significativo. La medida tomada a 0V muestra un descenso mucho más pronunciado de la impedancia que en el caso de la no dopada, denotando que los efectos resistivos comienzan a tomar más importancia. Con esto se deduce que la mera presencia de los MWCNTs modifica significativamente la impedancia del sistema (ya que se introduce un elemento conductivo) aún sin estar las moléculas del CL en posición vertical. La impedancia desciende drásticamente cuando se aplica campo eléctrico a la célula, hasta tal punto que es necesario ampliar la escala de la gráfica para apreciar los resultados.

La Figura 58.b y la Figura 58.c son ampliaciones sucesivas de los resultados para 3Vp y 8Vp, pues en la escala de la Figura 58.a, aparecen representados como dos puntos cerca del origen. Como se puede comprobar, a estas tensiones las curvas han adoptado la forma de un semicírculo que corta en el eje de abscisas en un determinado punto. Es más, existen márgenes de frecuencia (por debajo de 1kHz para el caso de 3Vp y por debajo de 10kHz en el caso de 8Vp) en el que los resultados coinciden en un único valor sobre el eje Figura 58: Evolución de la impedancia con la reorientación de las moléculas de CL (0V, 3Vp y 8Vp) en células de CL no dopadas y dopadas con MWCNTs.

de abscisas (2kΩ para el caso de 3Vp y 500Ω para el caso de 8Vp), por lo que la parte imaginaria de la impedancia ha quedado anulada. Esto significa que para este margen de frecuencias el sistema tiene un comportamiento puramente resistivo. Esta disminución tan drástica en la impedancia, hasta tal punto de equivaler a una resistencia, indica que efectivamente los MWCNTs han variado su posición de horizontal a vertical, al igual que hacen las moléculas de CL y con ello, haber facilitado el traspaso de cargas de un electrodo a otro.

Sin embargo, una vez que se le ha aplicado un campo eléctrico, el sistema no presenta el mismo comportamiento a 0V que en la primera medida. El comportamiento reversible de las muestras también fue estudiado mediante medidas de impedancia. Se tomaron medidas de las células a 0V antes de aplicarles campo eléctrico y después de haberlas excitado con 3Vp y 8Vp.

Las células no dopadas mostraron un comportamiento prácticamente reversible, pues, como se puede comprobar en la Figura 59, las tres medidas tomadas a 0V quedan prácticamente superpuestas. Sin embargo, en el caso de las dopadas con MWCNTs el resultado es distinto.

Una vez aplicado campo eléctrico a la célula dopada con MWCNTs, ésta no vuelve a su estado original, pues, las medidas tomadas a 0V después de cada paso de excitación (3Vp y 8Vp) no coinciden. Es más, parece que cada vez que se eleva el campo eléctrico aplicado a un nivel superior al previo, la impedancia resultante tras esta excitación (a 0V) es menor que la anterior.

Los resultados parecen apoyar muchas de las hipótesis descritas en los estudios revisados anteriormente. Por un lado, es posible que este comportamiento se deba a que Figura 59: Estudio de la reversibilidad de las células de CL no dopadas y dopadas con MWCNTs. Medida a 0V inicial tras la excitación de 3Vp y de 8Vp.

porque las fuerzas elásticas que restauran el sistema no son lo suficientemente fuertes para las dimensiones micrométricas de los CNTs. Por otro lado, es posible que se hayan formado aglomerados de gran tamaño difíciles de reconducir a la posición horizontal original y que estén fomentando la conducción de electrones a través del material.