Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών πολυδιμεθυλοσιλοξάνης (PDMS)/νιτριδίων του βορίου

• Main Author: Κωνσταντίνου, Αντιγόνη
• Other Authors: Ψαρράς, Γεώργιος
• Format: Thesis
• Language: Greek
• Published: 2020
• Subjects: Σύνθετα υλικά; Πολυδιμεθυλοσιλοξάνη; Διηλεκτρικά υλικά; Νιτρίδιο του βορίου; Νανοσύνθετα; Νανοδιηλεκτρικά; Composite materials; PDMS; Dielectrics; Boron nitride; Nanocomposites; Nanodielectrics; 620.118 97

Τα σύνθετα υλικά αποτελούν μία από τις σημαντικότερες νέες κατηγορίες υλικών με πολύ ενδιαφέρουσες ιδιότητες. Είναι ευρέως γνωστό το γεγονός ότι αυτού του είδους τα υλικά έχουν διάφορες εφαρμογές σε μεγάλο αριθμό τομέων όπως η ναυπηγική, αεροδιαστημική, δομική μηχανική κλπ. Πολλά πολυμερή έχουν αποδειχθεί κατάλληλες μήτρες για την ανάπτυξη σύνθετων δομών όπως εποξειδικές ρητίνες, ελαστομερή πολυμερή όπως PDMS κλπ. Όχι μόνο για την καλή πρόσφυση με ενισχυτικά μέσα, την ανθεκτικότητα σε διαβρωτικό περιβάλλον, το χαμηλό βάρος και σε ορισμένες περιπτώσεις την όλκιμη μηχανική συμπεριφορά, αλλά και λόγω της ευκολίας παραγωγής και επεξεργασίας τους. Φυσικά, αξίζει να αναφερθεί ότι η πλειοψηφία των πολυμερών είναι ηλεκτρικοί μονωτές με χαμηλή διηλεκτρική διαπερατότητα και συνήθως υψηλή διηλεκτρική αντοχή. Ο κύριος σκοπός αυτής της εργασίας ήταν η σύνθεση του συστήματος πολυδιμεθυλοσιλοξάνης (PDMS) - νανοσωματιδίων νιτριδίου του βορίου (ΒΝ) και η διερεύνηση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των σύνθετων υλικών σε ευρεία περιοχή συχνότητας και θερμοκρασίας μέσω διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος (BDS). Η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων μέσω της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA) και ο μορφολογικός χαρακτηρισμός μέσω ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM). Προκειμένου να δημιουργηθεί μια πληρέστερη άποψη για τη συμβολή του υλικού πλήρωσης, συντέθηκαν νανοσύνθετα εποξειδικής ρητίνης - νιτριδίων του βορίου (ΒΝ) με ίδια ποσότητα ενισχυτικού υλικού και μελετήθηκαν με τις ίδιες τεχνικές χαρακτηρισμού στις ίδιες συνθήκες. Με αυτό τον τρόπο, επιτεύχθηκε η σύγκριση των σύνθετων υλικών με διαφορετικό υλικό μητρικής φάσης και μελετήθηκε η συμπεριφορά του πληρωτικού υλικού. Στο πρώτο μέρος αυτής της εργασίας παρουσιάζονται βασικές έννοιες και θεωρητικά ζητήματα που σχετίζονται με τα σύνθετα υλικά, εισαγωγή στην διηλεκτρική θεωρία καθώς και πληροφορίες για τα ευφυή συστήματα. Στο πειραματικό μέρος δίνονται πληροφορίες σχετικά με τη διαδικασία παρασκευής των δειγμάτων καθώς και πληροφορίες των τεχνικών που χρησιμοποιήθηκαν για την απόκτηση των δεδομένων. Τα καταγεγραμμένα πειραματικά αποτελέσματα σχετίζονται με τις διηλεκτρικές χαλαρώσεις και συζητούνται μέσω δύο φορμαλισμών: της διηλεκτρικής διαπερατότητας (ε) και του ηλεκτρικού μέτρυ (Μ) για τα συστήματα PDMS-BN και τριών φορμαλισμών: τη διηλεκτρική διαπερατότητα (ε), το ηλεκτρικό μέτρο (Μ) και την ac-αγωγιμότητα (σ) για τα δείγματα εποξειδικής ρητίνης - ΒΝ. Επιπλέον μελετήθηκε η λειτουργικότητα όλων των συστημάτων με τους φορμαλισμούς της συνάρτησης διηλεκτρικής ενίσχυσης (G) και της σχετικής ενέργειας πυκνότητας (U_rel). Πολλά σημαντικά συμπεράσματα εξήχθησαν. Ορισμένες από αυτά είναι: i) στις καμπύλες της ηλεκτρικής διαπερατότητας ως συνάρτηση της συχνότητας και της θερμοκρασίας, υψηλότερες τιμές του πραγματικού μέρους της ηλεκτρικής διαπερατότητας των σύνθετων υλικών αποδίδονται στις υψηλότερες τιμές διαπερατότητας του ΒΝ σε σχέση με την εποξειδική ρητίνη , ii) παρατηρήθηκε μια αύξηση στο πραγματικό μέρος της διηλεκτρικής διαπερατότητας των σύνθετων με αύξηση της θερμοκρασίας, iii) θεωρήθηκε σκόπιμο να χρησιμοποιηθεί ο φορμαλισμός του ηλεκτρικού μέτρου (Μ), αφού απαλοίφει την παρασιτική επίδραση της πόλωσης των ηλεκτροδίων, ίν) στα συστήματα PDMS-BN ανιχνεύθηκαν τρεις μηχανισμοί χαλάρωσης η ψυχρή κρυστάλλωση που αποδίδεται στη μήτρα του ημικρυσταλλικού πολυμερούς PDMS , η α-χαλάρωση και η διεπιφανειακή πόλωση. Στα συστήματα εποξειδικής ρητίνης/ΒΝ ανιχνεύθηκαν τρεις μηχανισμοί χαλάρωσης, οι οποίοι αποδίδονται στη μετάβαση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση της μήτρας (α-χαλάρωση), στον επαναπροσδιορισμό των πολικών πλευρικών ομάδων της πολυμερικής αλυσίδας (β-χαλάρωση) καθώς και η διεπιφανειακή πόλωση ή το φαινόμενο Maxwell-Wagner-Sillars (φαινόμενο IP ή MWS) μεταξύ της μήτρας και της ενισχυτικής φάσης.