Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και λειτουργικότητα νανοσύνθετων "πράσινης" εποξειδικής ρητίνης / νανοσωματιδίων ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3)

Loading...
Thumbnail Image

Date

2024-02-21

Authors

Δούκας, Ανδρέας

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Από την πρώτη τους κιόλας εμφάνιση, τα σύνθετα υλικά παραμένουν στο επίκεντρο της επιστημονικής κοινότητας. Τα τελευταία χρόνια, το περιβαλλοντικό ζήτημα που σχετίζεται με τα πολυμερή υλικά έχει απασχολήσει σημαντικά την σύγχρονη κοινωνία. Έτσι, ένας από τους βασικούς στόχους των επιστημόνων αποτελεί η έρευνα και ανάπτυξη νέων, φιλικών προς το περιβάλλον υλικών, με πολλές έρευνες να επικεντρώνονται στον τομέα των σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από δύο ή περισσότερα διαφορετικά υλικά και σχεδιάζονται με απώτερο στόχο τις ανώτερες ιδιότητες από εκείνες των επιμέρους υλικών. Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής διατριβής είναι η ανάπτυξη και ο χαρακτηρισμός νανοσύνθετων υλικών με “πράσινη” εποξειδική ρητίνη ως μήτρα και νανοσωματίδια ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3), σε διάφορες περιεκτικότητες, ως ενισχυτική φάση. Για τον χαρακτηρισμό των νανοσύνθετων υλικών, χρησιμοποιήθηκε πληθώρα πειραματικών τεχνικών, μεταξύ των οποίων η διηλεκτρική φασματοσκοπία ευρέως φάσματος (BDS – Broadband Dielectric Spectroscopy), η δυναμική μηχανική ανάλυση (DMA – Dynamic Mechanical Anlysis) και οι στατικές δοκιμές μονοαξονικού εφελκυσμού. Αρχικά, παρουσιάζεται το θεωρητικό μέρος της διατριβής, όπου παρουσιάζονται και αναλύονται βασικές έννοιες και ζητήματα που σχετίζονται με τα σύνθετα υλικά. Γίνεται εισαγωγή στην θεωρία των διηλεκτρικών υλικών, ενώ, στην συνέχεια επισημαίνονται οι συμπεριφορές των σύνθετων υλικών, η διηλεκτρική, η θερμομηχανική και η λειτουργική συμπεριφορά τους. Έπειτα, στο πειραματικό μέρος της παρούσας διατριβής, παρέχονται λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με την διαδικασία παρασκευής των νανοσύνθετων δειγμάτων. Επιπλέον, διακρίνονται οι τεχνικές χαρακτηρισμού και αναλύονται τα δεδομένα που παρέχονται από αυτές. Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των νανοσύνθετων υλικών μελετήθηκαν μέσω της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος (BDS) στο εύρος συχνοτήτων 10^(-1) – 10^6 Hz, και στην περιοχή θερμοκρασιών από 30 οC έως 160 οC. Η δε θερμομηχανική συμπεριφορά εξετάστηκε μέσω της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA – Dynamic Mechanical Analysis) με την μέθοδο της κάμψης τριών σημείων, στο εύρος θερμοκρασιών από 25 οC έως 120 οC. Περαιτέρω ανάλυση της μηχανικής συμπεριφοράς, επιτυγχάνεται με τις στατικές δοκιμές μονοαξονικού εφελκυσμού στην διάταξη Instron 5582, σε θερμοκρασία δωματίου και σε ρυθμό παραμόρφωσης 5 mm/min. Βέβαια, τα τελικά διαγράμματα είναι πλούσια σε διεργασίες και σημαντικά αποτελέσματα εξήχθησαν. Η διηλεκτρική φασματοσκοπία φανερώνει διεργασίες χαλάρωσης, όπως η α-χαλάρωση (υαλώδης μετάπτωση) και η β-χαλάρωση (επαναδιευθέτηση των πλευρικών πολικών ομάδων) που αφορούν την πολυμερική μήτρα, και το φαινόμενο της διεπιφανειακής πόλωσης (IP) που αφορά τα νανοεγκλείσματα. Η λειτουργική συμπεριφορά των δοκιμίων εξετάζεται στη δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας, μέσω του φορμαλισμού της πυκνότητας ενέργειας, όπου επιβεβαιώνεται ότι η αύξηση της ενισχυτικής φάσης σε CaCO3, αυξάνει σημαντικά την ικανότητα του συστήματος να αποθηκεύει ενέργεια. Τέλος, ο θερμομηχανικός και μηχανικός χαρακτηρισμός των δοκιμίων αποκαλύπτει και επιβεβαιώνει την ύπαρξη της α-χαλάρωσης, και παρουσιάζει την συμπεριφορά μηχανικών μεγεθών όπως το μέτρο αποθήκευσης (E΄), το μέτρο ελαστικότητας (Young Modulus), το όριο διαρροής (σ_y) και την μέγιστη τάση (σ_max).

Description

Keywords

Σύνθετα υλικά, Νανοσύνθετα υλικά, “Πράσινη” εποξειδική ρητίνη, Βιωσιμότητα, Ανθρακικό ασβέστιο, Διηλεκτρική συμπεριφορά, Θερμομηχανική συμπεριφορά, Δοκιμές εφελκυσμού, Λειτουργικότητα, Νανοδιηλεκτρικά

Citation