Πολυλειτουργικά υβριδικά νανοδιηλεκτρικά εποξειδικής ρητίνης/ BaTiO3/ BaZrO3: Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός

• Κύριος συγγραφέας: Τσικριτέας, Ζώης Μιχαήλ
• Άλλοι συγγραφείς: Ψαρράς, Γεώργιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Λειτουργική συμπεριφορά; Νανοσύνθετα; Τιτανικό βάριο; Ζιρκονικό βάριο; Νανοδιηλεκτρικά; Functional behavior; Nanocomposites; Barium titanate; Barium zirconate; Nanodielectrics; 537.62

Τα σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρα- ανόργανων/ κεραμικών εγκλεισμάτων αποτελούν μια κατηγορία υλικών που τις τελευταίες δεκαετίες έχει προσελκύσει το παγκόσμιο επιστημονικό ενδιαφέρον. Με τον όρο σύνθετα υλικά μπορούν να χαρακτηρισθούν τα υλικά τα οποία αποτελούνται από τουλάχιστον δυο διαφορετικές διακριτές φάσεις. Από τον συνδυασμό των ιδιοτήτων των διακριτών φάσεων (μητρική και ενισχυτική φάση) προκύπτουν υλικά με νέες ιδιότητες. Επιπλέον, η επιλογή κατάλληλων κεραμικών εγκλεισμάτων προσδίδει ενισχυμένες ιδιότητες και λειτουργική συμπεριφορά ανοίγοντας έτσι ένα νέο κεφάλαιο στην αξιοποίηση τέτοιων προηγμένων σύνθετων υλικών σε μια ευρεία γκάμα εφαρμογών. Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή έγινε ανάπτυξη και πειραματική μελέτη σύνθετων υβριδικών συστημάτων με παράμετρο την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση. Ως μητρική φάση χρησιμοποιήθηκε εποξειδική ρητίνη υψηλών προδιαγραφών ενώ ως ενισχυτική φάση χρησιμοποιήθηκαν περοβσκιτικά νανοσωματίδια ζιρκονικού βαρίου (BaZrO¬3) και τιτανικού βαρίου (BaTiO3). Τα περοβσκιτικά νανοεγκλείσματα ανάλογα με την κρυσταλλική τους δομή παρουσιάζουν διάφορες ιδιότητες όπως είναι ο πιεζοηλεκτρισμός και ο σιδηροηλεκτρισμός. Αρχικά διενεργήθηκε η δομική και μορφολογική μελέτη των δύο τύπων νανοσωματιδίων της ενισχυτικής φάσης μέσω της τεχνικής της περίθλασης ακτίνων X και της φασματοσκοπίας Laser Raman (LRS). Ο χαρακτηρισμός των νανοσωματιδίων είχε ως στόχο την ταυτοποίηση πιθανών μεταβάσεων φάσης στα δύο νανοεγκλείσματα, οι οποίες επηρεάζουν την συμπεριφορά των τελικών σύνθετων συστημάτων. Επιπλέον μέσω της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης διαπιστώθηκε η ικανοποιητική διασπορά των νανοεγκλεισμάτων στην πολυμερική μήτρα. Εν συνεχεία, μελετήθηκε η ηλεκτρική απόκριση του υβριδικού συνθέτου συστήματος εποξειδικής ρητίνης/BaZrO3/BaTiO3 κάνοντας χρήση της μεθόδου της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας, σε ένα μεγάλο εύρος θερμοκρασιών και συχνοτήτων. Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας για τα νανοσύνθετα διαπιστώθηκε η παρουσία δύο διηλεκτρικών χαλαρώσεων που οφείλονται στην πολυμερική μήτρα. Η πρώτη αποδίδεται στην μετάπτωση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση της εποξειδικής ρητίνης και καλείται α- χαλάρωση, ενώ η δεύτερη έχει σχέση με την επαναδιευθέτηση των πλευρικών πολικών ομάδων και ονομάζεται β- χαλάρωση. Επιπλέον, παρατηρήθηκε το φαινόμενο της διεπιφανειακής πόλωσης, το οποίο οφείλεται στην παρουσία των νανοσωματιδίων ζιρκονικού και τιτανικού βαρίου στο εσωτερικό της μήτρας και της ηλεκτρικής ετερογένειας που προσδίδεται στο σύνθετο σύστημα από την παρουσία αυτών. Η συγκεκριμένη μεταπτυχιακή εργασία αποσκοπούσε και στην μελέτη της λειτουργικής συμπεριφοράς των εν λόγω σύνθετων συστημάτων. Η λειτουργική συμπεριφορά των νανοσύνθετων αποδόθηκε στην αλλαγή του πρόσημου του θερμοκρασιακού συντελεστή της ειδικής αγωγιμότητας και στις διεργασίες χαλάρωσης που καταγράφονται στα θερμοκρασιακά εξαρτώμενα διαγράμματα της συνάρτησης διηλεκτρικής ενίσχυσης (Dielectric Reinforcing Function). Τέλος, εξετάστηκε η δυνατότητα αποθήκευσης και ανάκτησης ηλεκτρικής ενέργειας (σε συνθήκες DC) στα νανοσύνθετα υβριδικά συστήματα. Για την αξιολόγηση της ενεργειακής απόδοσης έγινε εισαγωγή του συντελεστή ενεργειακής απόδοσης ο οποίος εκφράζεται από τον λόγο της ανακτώμενης προς την αποθηκευμένη ενέργεια.