Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9759
Title: Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και λειτουργική συμπεριφορά σύνθετων νανοδιηλεκτρικών πολυμερικής μήτρας – νανοσωματιδίων καρβιδίου του βορίου (B4C)
Other Titles: Development, characterization and functional behaviour of polymer matrix- boron carbide nanocomposites
Authors: Σενής, Ευάγγελος
Keywords: Νανοσύνθετα
Νανοδιηλεκτρικά
Καρβίδιο του βορίου
Διηλεκτρικά
Keywords (translated): Nanocomposites
Nanodielectrics
Boron carbide
Dielectrics
Abstract: Τα νανοσύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας - ανόργανων/κεραμικών νανοεγκλεισμάτων ελκύουν όλο και περισσότερο το επιστημονικό ενδιαφέρον χάρη στο ευρύ φάσμα των εφαρμογών τους. Ως σύνθετο υλικό ορίζεται το υλικό το οποίο αποτελείται από τουλάχιστον 2 διαφορετικές διακριτές μεταξύ τους φάσεις. Συνδυάζοντας τις ιδιότητες της μήτρας και του εγκλείσματος έχουμε ένα υλικό με νέες ιδιότητες. Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας τους δίνουν σημαντικό ρόλο στη βιομηχανία της μικροηλεκτρονικής καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν διηλεκτρικά υλικά σε συσκευές αποθήκευσης ενέργειας, σαν στοιχεία κυκλωμάτων αλλά και σαν μονωτές παρεμβολών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε ως μήτρα εποξειδική ρητίνη και σαν έγκλεισμα νανοσωματίδια καρβιδίου του Βορίου ( Β4C). Συνολικά παρασκευάστηκαν 6 δοκίμια εποξειδικής ρητίνης και B4C, με μεταβαλλόμενη συγκέντρωση της εγκλεισμένης φάσης, έτσι ώστε να εξεταστεί εμπεριστατωμένα η σχέση -συγκέντρωσης εγκλεισμένης φάσης και ηλεκτρικών ιδιοτήτων. Για τον διηλεκτρικό χαρακτηρισμό των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε διάταξη Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας με μεταβαλλόμενη θερμοκρασία στον χώρο μετρήσεων. Το εύρος συχνοτήτων στο οποίο έλαβε χώρα το πείραμα ήταν 10-2 – 106 Hz και το θερμοκρασιακό εύρος 30oC-160oC. Πραγματοποιήθηκε επίσης θερμομηχανικός και θερμικός χαρακτηρισμός μέσω των τεχνικών της Δυναμικής Μηχανικής Ανάλυσης και της Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης. Τα αποτελέσματα του ηλεκτρικού χαρακτηρισμού υποδηλώνουν την ύπαρξη τριών διεργασιών, στο εξεταζόμενο φάσμα συχνοτήτων. Στις υψηλές συχνότητες είχαμε την εμφάνιση της διεργασίας της β-χαλάρωσης, η οποία σχετίζεται με τον επαναπροσανατολισμό των πλευρικών πολικών ομάδων της πολυμερικής αλυσίδας, στις μεσαίες συχνότητες είχαμε την εμφάνιση της α-χαλάρωσης, η οποία σχετίζεται με την μετάπτωση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση της πολυμερικής μήτρας και τέλος στις χαμηλές συχνότητες παρατηρήθηκε το φαινόμενο Maxwell-Wagner-Sillars το οποίο σχετίζεται με την διεπιφανειακή πόλωση. Τα αποτελέσματα τόσο των θερμικών όσο και των θερμομηχανικών μετρήσεων υποδηλώνουν αύξηση της θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης με την προσθήκη των νανοεγκλεισμάτων. Η δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας διερευνήθηκε επίσης μέσω του μεγέθους της πυκνότητας ενέργειας.
Abstract (translated): Nowadays, polymer matrix nanocomposites reinforced with inorganic/ceramic nanoinclusions gather the scientific interest because of their vast uses in numerous applications. A composite refers to a materials system that consists of at least two different and distinct phases. Combining the properties of the matrix and the filler we achieve a material with superior properties than those of its constituents. The electrical properties of polymer matrix composites drive them to a significant position in the microelectronics industry because of their potential applications such as energy storage devices, welding elements in circuit and electromagnetic interference shielding. In the present study as a matrix was used a commercially available epoxy resin and as a filler Boron carbide nanoparticles (B4C) in the form of powder. In this study 6 epoxy resin – Boron carbide specimens were manufactured, varying the concentration of the encapsulated phase, in order to investigate thoroughly the influence of the filler content in the presented results. For the dielectric characterization of the specimens we used a Broadband Dielectric Spectroscopy device varying the frequency (10-2 – 106 Hz) and temperature range (30oC-160oC). The results of the dielectric characterization suggest the existence of three distinct relaxation processes which can be attributed to the interfacial polarization, known as Maxwell-Wagner-Sillars effect, glass to rubber transition and reorientation of polar side groups of the polymeric matrix. The thermal and thermomechanical behavior of the systems was also investigated through Differential Scanning Calorimetry and Dynamic Mechanical Analysis. Results from the above techniques suggest that the glass transition temperature is shifted to higher values with the addition of Boron carbide nanoparticles. The energy density was also calculated in order to investigate the possibility for energy storage applications.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Master_Senis_final.pdf4.18 MBAdobe PDFView/Open


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