Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13961
Title: Μελέτη της πολυλειτουργικής συμπεριφοράς του σύνθετου υβριδικoύ συστήματος ινών C/ ινών υάλου / νανοσωματιδίων TiC/ εποξειδικής ρητίνης
Other Titles: Multifunctional hybrid nanocomposites of epoxy/carbon or glass fibers and titanium carbide nanoparticles
Authors: Γιώτη, Σεβαστή
Keywords: Νανοσύνθετα
Πολυλειτουργική συμπεριφορά
Ίνες άνθρακα
Καρβίδιο του τιτανίου
Ίνες υάλου
Αποθήκευση και ανάκτηση ενέργειας
Keywords (translated): Nanocomposites
Multifunctional behaviour
Carbon fibers
Titanium carbide
Glass fibers
Store and harvest energy
Abstract: Ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην επιστημονική αλλά και στη βιομηχανική κοινότητα έχουν προκαλέσει τα τελευταία χρόνια τα σύνθετα υλικά. Η ανάπτυξη και η διάδοσή τους οφείλεται στο γεγονός ότι, πλέον, πολλές εφαρμογές απαιτούν υλικά με ασυνήθιστους συνδυασμούς ιδιοτήτων που δεν μπορούν να καλυφθούν από τα συμβατικά κράματα μετάλλων, τα κεραμικά και τα πολυμερή υλικά. Η χρήση εποξειδικής ρητίνης ως πολυμερική μήτρα είναι η πλέον διαδεδομένη τόσο στην έρευνα, όσο και στη βιομηχανία λόγω των θερμομηχανικών ιδιοτήτων, την προστασία από διάβρωση κ.α. Η χρήση ενισχυτικών ινών προσδίδει βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και εφαρμόζεται ακόμα σε εφαρμογές αεροδιαστημικής. Η ανάπτυξη υβριδικών συνθέτων με εγκλείσματα διαφορετικής γεωμετρίας ή/και συνύπαρξης μικροδομών και νανοσωματιδίων μπορεί να προσδώσει νέες συναρπαστικές ιδιότητες στα υλικά και να αυξήσει τη λειτουργικότητά τους. Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η παρασκευή και η μελέτη πολυλειτουργικών υβριδικών συστημάτων που θα επιδεικνύουν λειτουργική συμπεριφορά τόσο υπό την επίδραση δύναμης, όσο και υπό την επίδραση εξωτερικά εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου. Γι’ αυτό τον λόγο παρασκευάστηκαν οκτώ διαφορετικά δοκίμια αποτελούμενα από εποξειδική ρητίνη, ίνες άνθρακα, ίνες υάλου και νανοσωματίδια καρβιδίου του τιτανίου. Στη συνέχεια, τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε διαφορετικές μετρήσεις με σκοπό την θερμομηχανική και διηλεκτρική τους μελέτη. Ο ποιοτικός έλεγχος των συστημάτων είναι σημαντικός για την εύρεση διαφόρων ελαττωμάτων στο εσωτερικό του υλικού καθώς και για τον έλεγχο της ομοιομορφίας του. Επομένως, για τον έλεγχο αυτό επιλέχθηκε μια μη καταστρεπτική μέθοδος με υπερήχους (C-Scan) μέσω της οποίας διαπιστώθηκε η ποιότητα των παρασκευαζόμενων συνθέτων. Επιπλέον, οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών εξετάστηκαν μέσω της Δυναμικής Μηχανικής Ανάλυσης (DMA), ενώ η διηλεκτρική απόκρισή τους καταγράφηκε με τη χρήση της Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας (BDS). Τα αποτελέσματα των θερμομηχανικών μετρήσεων, μεταξύ άλλων, υπέδειξαν τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης στην οποία το υλικό μεταβαίνει από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση, καθώς και τις αυξημένες τιμές του μέτρου αποθήκευσης που προσφέρουν οι ίνες σε σχέση με τα πολυμερικά υλικά. Οι διηλεκτρικές μετρήσεις κατέγραψαν την ύπαρξη τριών μηχανισμών χαλάρωσης στα σύνθετα (α-, β-, γ- χαλάρωση). Ακόμα, τα σύνθετα με ίνες άνθρακα υπέδειξαν τη μετάβασή τους στην αγώγιμη συμπεριφορά, κάτι που δεν ισχύει για τα υπόλοιπα εξεταζόμενα υλικά. Στα σύνθετα ενισχυμένα με υαλόνημα η προσθήκη καρβιδίου του τιτανίου ενισχύει την πόλωση του υλικού. Τέλος, τα σύνθετα υποβλήθηκαν σε πειράματα φόρτισης και εκφόρτισης, σε συνθήκες συνεχούς ηλεκτρικού πεδίου, όπου υπολογίστηκαν η αντίστοιχη ενέργεια φόρτισης και εκφόρτισης, καθώς και η πυκνότητα ενέργειας των υλικών. Από αυτές τις μετρήσεις προέκυψε πως τα σύνθετα υλικά έχουν την ικανότητα αποθήκευσης και ανάκτησης ενέργειας και η προσθήκη καρβιδίου του τιτανίου ενισχύει αυτή τους τη δυνατότητα.
Abstract (translated): In recent years composite materials have been of particular interest in the scientific as well as in the industrial community. Their development and spread is due to the fact that many current technological applications require materials with unusual combinations of properties that cannot be met by conventional metal alloys, ceramics and polymeric materials. The use of epoxy resin as a polymer matrix is now widespread both in research and industry due to its thermomechanical properties, corrosion protection, etc. Fibers are used as the reinforcing phase exhibiting advanced mechanical properties and they are used even to aerospace applications. The development of hybrid composites with inclusions of different geometry and/or coexistence of microstructures and nanoparticles can induce new exciting properties to the materials increasing thus their functionality. The goal of this Masters’ thesis is to prepare and study multifunctional hybrid systems that will exhibit functional behavior both under the influence of mechanical stress and the influence of an externally applied electric field. For this reason, eight different samples were prepared consisting of an epoxy resin, carbon or glass fibers and titanium carbide nanoparticles. The quality of the manufactured specimens was assessed via a non-destructive ultrasonic method (C-Scan). The quality was deemed as satisfactory avoiding various defects and confirmed their uniformity. Subsequently, the dynamic mechanical behavior of materials was studied by means of Dynamic Mechanical Analysis method (DMA), while their dielectric response was recorded using Broadband Dielectric Spectroscopy method (BDS). The results of the thermomechanical characterization revealed the glass to rubber transition at which the material undergoes from the glassy to the elastomeric phase, as well as the increased values of storage modulus due to the presence of fibers. Dielectric experimental data showed the existence of three relaxation mechanisms in the composites (α-, β-, γ-relaxation). In addition, carbon fiber composites indicated their transition to the conductive behavior, which has not be observed to the other tested materials. On the other hand, the addition of titanium carbide nanoparticles to the glass-reinforced composites enhances the polarization of the materials. Finally, the composites were subjected to charging and discharging experiments, under dc conditions, which showe
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Gioti(phys).pdf5.8 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.