Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και λειτουργική συμπεριφορά του σύνθετου υβριδικού συστήματος νανοσωματιδίων ζιρκονικού βαρίου/νανοσωλήνων άνθρακα/εποξειδικής ρητίνης

Loading...
Thumbnail Image

Date

2023-06-28

Authors

Αναγνωστόπουλος, Γεώργιος

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Τα σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας που περιλαμβάνουν κεραμικά εγκλείσματα είναι μια ξεχωριστή κατηγορία υλικών που έχει ως αποτέλεσμα να μελετιούνται από την τεχνολογική και επιστημονική κοινότητα. Ως σύνθετο υλικό ορίζεται αυτό το οποίο αποτελείται από δύο ή περισσότερες διακριτές φάσεις. Οι διακριτές φάσεις είναι η μήτρα και η ενισχυτική φάση. Μάλιστα, μεταξύ αυτών των δύο φάσεων αναπτύσσεται και περιέχεται η διεπιφανειακή φάση όπου έχει τις ενδιάμεσες ιδιότητες από τις προηγούμενες φάσεις. Οι ιδιότητες των φάσεων συνδυάζονται που έχει ως αποτέλεσμα το τελικό υλικό να έχει διαφορετικές ιδιότητες από τις επερχόμενες φάσεις. Ακόμη, ορισμένα κεραμικά εγκλείσματα προσδίδουν λειτουργικές ιδιότητες στα σύνθετα υλικά. Επίσης, τα εγκλείσματα του άνθρακα συμβάλλουν στην αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των δοκιμίων. Σε αυτή την μεταπτυχιακή εργασία αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν σύνθετα υβριδικά συστήματα με παράμετρο την περιεκτικότητα των ενισχυτικών φάσεων. Ως μητρική φάση χρησιμοποιήθηκε η εποξειδική ρητίνη ενώ οι ενισχυτικές φάσεις που χρησιμοποιήθηκαν ήταν το ζιρκονικό βάριο (BaZrO3) και οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs). Τα περοβσκιτικά νανοεγκλείσματα ανάλογα με την κρυσταλλική τους δομή παρουσιάζουν διάφορες ιδιότητες όπως είναι ο πιεζοηλεκτρισμός. Τα CNTs αυξάνουν τα αγώγιμα ΄΄μονοπάτια΄΄ στο εσωτερικό της ατομικής δομής των δοκιμίων. Ωστόσο, η περιεκτικότητα των νανοεγκλεισμάτων χρειάζεται να είναι τέτοια ώστε να μην δημιουργούνται συσσωματώματα στο εσωτερικό της ατομικής δομής των δοκιμίων επειδή υπάρχει υποβάθμιση των ιδιοτήτων τους. Με την χρήση της Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος μελετήθηκε η ηλεκτρική συμπεριφορά των υβριδικών νανοσύνθετων υλικών. Αυτή μελετήθηκε με την ανίχνευση και την καταγραφή των αντίστοιχων διεργασιών χαλάρωσης. Ωστόσο, χρειάστηκε η εφαρμογή εναλλασσόμενου πεδίου και θερμοκρασίας μεγάλου εύρους. Η πολυμερική μήτρα εμφάνισε δύο διεργασίες χαλάρωσης. Η πρώτη διεργασία χαλάρωσης ήταν η α-χαλάρωση όπου σχετίζεται με την μετάπτωση της πολυμερικής μήτρας από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση. Η δεύτερη διεργασία χαλάρωσης ήταν η διεπιφανειακή πόλωση η οποία οφείλεται στην ύπαρξη πλαστικοποιητών και μονομερών. Ακόμη, αυτή η διεργασία χαλάρωσης παρατηρήθηκε και στα υβριδικά σύνθετα υλικά λόγω της ύπαρξης των νανοεγκλεισμάτων ζιρκονικού βαρίου και νανοσωλήνων άνθρακα. Ακόμη, με την προσθήκη των δύο ενισχυτικών φάσεων αυξάνεται η ηλεκτρική ετερογένεια που έχει ως αποτέλεσμα να εντείνεται και η διεπιφανειακή πόλωση των υλικών. Επίσης, σε αυτά παρατηρήθηκε η διεργασία της β-χαλάρωσης η οποία σχετίζεται με την επαναδιευθέτηση των πλευρικών πολικών ομάδων. Τέλος παρατηρήθηκαν κορυφές οι οποίες αντιστοιχούν στην μετάβαση του BaZrO3 από την αντισιδηροηλεκτρική στην σιδηροηλεκτρική φάση. Με την χρήση της Δυναμικής Μηχανικής Ανάλυσης μελετήθηκε η μηχανική συμπεριφορά των δοκιμίων μέσω της εφαρμογής κυκλικής τάσης ή παραμόρφωσης με την ταυτόχρονη εφαρμογή θερμότητας στα δοκίμια. Αυτή η μέθοδος χαρακτηρισμού είναι μη καταστροφική. Μέσω αυτής μελετήθηκε η αναπτυσσόμενη διεπιφάνεια μεταξύ των φάσεων από την θερμοκρασία της υαλώδους μετάπτωσης Tg. Ακόμη, η Tg βρίσκεται από τα διαγράμματα της εφαπτομένης απωλειών (tanδ) καθώς περιέχει ως μέγεθος την αποθηκευμένη ενέργεια αλλά και την ενέργεια απωλειών. Η Tg βρίσκεται μέσο της κορυφής. Τέλος, μελετήθηκε και η μηχανική συμπεριφορά των δοκιμίων και κατά πόσο επηρεαζόταν αυτή από την αύξηση της περιεκτικότητας των νανοεγκλεισμάτων. Μέσω της στατικής μηχανικής δοκιμής εφελκυσμού μελετήθηκε η μηχανική συμπεριφορά των δοκιμίων και υπολογίστηκαν οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών μέσω των διαγραμμάτων της τάσης συναρτήσει επί της εκατό παραμόρφωσης των δοκιμίων. Τέλος, ήταν καταστροφική μέθοδος οπότε έγινε τελευταία. Αυτή η μεταπτυχιακή εργασία είχε ως σκοπό την μελέτη της αποθήκευσης ενέργειας από τα δοκίμια αλλά και την λειτουργική τους συμπεριφορά. Αυτή βασιζόταν στην παρουσία του BaZrO3 όπου μπορούσε μέσω της διαμόρφωσης της κρυσταλλικής του δομής να καθορίζει την πόλωσή του. Έτσι μπορούσε να συνεισφέρει στην συνολική πόλωση του υλικού.

Description

Keywords

Σύνθετα υλικά, Νανοδιηλεκτρικά υλικά

Citation