Numéro
J. Phys. France
Volume 24, Numéro 9, septembre 1963
Page(s) 677 - 693
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01963002409067700
J. Phys. France 24, 677-693 (1963)
DOI: 10.1051/jphys:01963002409067700

Conductivité en courant continu des polyamides synthétiques solides

Liang-Tsé Yu

École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de Paris


Abstract
The effect of temperature, absorbed water, values and duration of applied voltage on the D-C conductivity of synthetic polyamids (6, 6-6, 6-10, 11) has been studied. Three different behaviours of the conductivity have been found : - The first, a transient phenomenon of type I. It is observed on dehydrated samples at lower temperatures. In this case, Ohm's law is obeyed. - The second has no apparent transient phenomenon. Ohm's law is also obeyed. - The third has also a transient phenomenon of type II. It can be observed on hydrated samples at higher temperatures. In this case, only the initial current obeys Ohm's law. It is possible to observe these three behaviours on the same sample, but the physical parameters (in our case, they are temperature and absorbed water) must vary in a large enough range. More accuretely, we can observe the first behaviour when the values of the conductivity are lower than 10^-13 or 10^-12 Ω-1cm-1, the second when values are between 10^-13 and 10^-8 Ω-1. cm-1 and the third for values higher than 10^-9 or 10^-8 Ω-1.cm-1. The study of the two transient phenomena relative to temperature shows that the mechanisms of these two phenomena are different. Because of these transient phenomena, it is necessary to define conductivity by a " standard conductivity " which must be characteristic of the material in any conditions. The standard conductivity varies with reciprocal absolute temperature according to an approximately exponential law. Activation energies generally decrease with increasing temperatures. Effects of absorbed water molecules are analogous to the temperature effects. In the low percentage absorbed humidity range, the conductivity varies exponentially with it. For higher percentages, the conductivity follows power functions. From these results and data from literature we can conclude : - The observed conductivity of polyamids under room conditions is mainly caused by absorbed water molecules. - The polyamid lattice - CONH - is conductor by itself only at a very low level. - The nature of chargé carriers cannot be definitely established by single conductivity measurements.


Résumé
La conductivité en courant continu des polyamides synthétiques solides (6, 6-6, 6-10, 11) a été étudiée en fonction de la température, de la teneur en humidité, de la tension et de la durée d'application de celle-ci. Trois régimes différents de conductivité ont été observés : - Une conductivité transitoire dite de type I, observable aux basses températures pour des polyamides déshydratés. - Une conductivité sans phénomène transitoire apparent. - Une conductivité transitoire dite de type II pour les matériaux les plus hydratés aux températures les plus élevées. Ces trois régimes peuvent être observés sur une même éprouvette pourvu que les facteurs physicochimiques, en l'occurrence la température et la teneur en humidité, varient dans des intervalles suffisamment grands. D'une façon plus précise, le premier régime de conductivité est observable pour des conductivités d'éprouvettes inférieures à 10^-13 ou 10^-12 Ω-1.cm-1, le second pour des valeurs comprises entre 10^-13 et 10^-8 Ω-1. cm-1, et le troisième pour des valeurs supérieures à 10^-8 ou 10^-9 Ω-1, cm-1. Les deux types de phénomènes transitoires diffèrent l'un de l'autre par leur comportement vis-à-vis de la température. L'existence de ces phénomènes transitoires nous oblige à définir une conductivité dite standard. La variation de cette dernière en fonction de la température est approximativement exponentielle en 1/T. L'énergie d'activation diminue généralement quand la température augmente. L'influence des molécules d'eau absorbées est analogue à celle de la température. Lorsque le taux d'humidité est faible, la variation de la conductivité en fonction du taux est exponentielle. Pour des taux plus élevés, la variation suit une loi exprimable par une fonction puissance de ce même taux. Dans les conditions qui correspondent à l'apparition des deux premiers régimes de conductivité, le matériau obéit à la loi d'Ohm. Dans le cas du troisième régime, seul le courant initial y obéit. A partir des résultats expérimentaux obtenus et avec l'aide de ceux disponibles dans la littérature, il n'a pas été possible d'arriver à une conclusion définitive quant à la nature des porteurs de charge et de l'origine des phénomènes transitoires. La conclusion pratique la plus évidente est que, d'une part, la conductivité observée sur les polyamides dans les conditions ambiantes est essentiellement liée à la présence des molécules d'eau, et que, d'autre part, le réseau polyamidique - CO . NH - n'est conducteur par lui même qu'à un niveau très faible.

PACS
7280L - Polymers; organic compounds (including organic semiconductors).

Key words
electrical conductivity -- polymers