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

Abstract

Τις τελευταίες δεκαετίες υπάρχει μεγάλο επιστημονικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον για τα νανοσύνθετα υλικά και κυρίως για τα σύνθετα πολυμερικής μήτρας με ενίσχυση αγώγιμων ή ημιαγώγιμων νανοεγκλεισμάτων. Λόγω των διηλεκτρικών ιδιοτήτων που παρουσιάζουν, χρησιμοποιούνται ευρέως σε τεχνολογικές εφαρμογές, αντικαθιστώντας τα προυπάρχοντα υλικά. Για την εκπόνηση της συγκεκριμένης εργασίας παρασκευάσθηκαν εννέα, προς μελέτη, δοκίμια. Ως πολυμερική μήτρα χρησιμοποιήθηκε η εποξειδική ρητίνη και ως ενισχυτική φάση, νανοσωματίδια οξειδίου του βολφραμικού βαρίου και νανοσωματίδια carbon black. Οι διηλεκτρικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με την χρήση της ευρυζωνικής διηλεκτρικής φασματοσκοπίας (BDS). Η μελέτη της διηλεκτρικής συμπεριφοράς των νανοσύνθετων πραγματοποιείται μέσω των διαγραμμάτων, του πραγματικού και φανταστικού μέρους της ηλεκτρικής διαπερατότητας, του πραγματικού και φανταστικού μέρους του ηλεκτρικού μέτρου, της ειδικής αγωγιμότητας, της εφαπτομένης των απωλειών και της πυκνότητας ενέργειας, συναρτήσει της συχνότητας, της θερμοκρασίας και της περιεκτικότητας. Στα παραπάνω διαγράμματα παρατηρούμε ότι τα δοκίμια εμφανίζουν τρείς μηχανισμούς διηλεκτρικών χαλαρώσεων. Στις υψηλές συχνότητες παρατηρείται η β-χαλάρωση που σχετίζεται με την επαναδιευθέτηση πολικών πλευρικών ομάδων της κύριας πολυμερικής αλυσίδας. Στις μεσαίες συχνότητες, εμφανίζεται η α-χαλάρωση, η οποία υποδεικνύει την μετάβαση της πολυμερικής μήτρας από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση, ενώ στις χαμηλές συχνότητες η κορυφή που σχηματίζεται αποδίδεται στο φαινόμενο της διεπιφανειακής πόλωσης. Επίσης, μελετήθηκε η απόκριση των νανοσύνθετων υλικών στην άσκηση εξωτερικού δυναμικού φορτίου με την μέθοδο της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA). Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της κάμψης 3 σημείων. Από τις συγκεκριμένες μετρήσεις κατασκευάσθηκαν δύο διαγράμματα, του μέτρου αποθήκευσης Ε' και του μέτρου απωλειών Ε'' συναρτήσει της θερμοκρασίας. Η διεργασία χαλάρωσης που παρατηρείται και στα δύο διαγράμματα σχετίζεται με την μετάβαση της πολυμερικής μήτρας από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση. Τέλος, αναλύεται η απόκριση των δοκιμίων στην άσκηση στατικής μηχανικής φόρτισης. Οι δοκιμές εφελκυσμού πραγματοποιήθηκαν με μονοαξονικό εφελκυσμό στην διάταξη Instron 5582, σε θερμοκρασία δωματίου και με ρυθμό παραμόρφωσης 5 mm/min. Από τα διαγράμματα τάσης-παραμόρφωσης που προέκυψαν, προσδιορίστηκαν το μέτρο ελαστικότητας, η αντοχή σε εφελκυσμό και η δυσθραυστότητα κάθε συστήματος. Οι τιμές του μέτρου ελαστικότητας, της αντοχής σε εφελκυσμό και η δυσθραυστότητα παρουσιάζονται σε διάγραμμα συναρτήσει της περιεκτικότητας σε ενισχυτική φάση για όλα τα δοκίμια που παρασκευάσθηκαν. Από την συνολική ανάλυση των αποτελεσμάτων φαίνεται πως η παρουσία των νανοεγκελισμάτων ενισχύει τόσο την ηλεκτρική, όσο και την μηχανική συμπεριφορά τους, ενώ παράλληλα στα συστήματα αυτά μπορεί να αποθηκευθεί ενέργεια. Η απόκριση των νανοσύνθετων στα εξωτερικά ερεθίσματα μπορεί να χαρακτηρισθεί ως πολυλειτουργική.

Description

Keywords

Νανοσύνθετα υλικά, Νανοδιηλεκτρικά υλικά

Citation