Νανοδιηλεκτρικά πολυμερικής μήτρας : ανάπτυξη και χαρακτηρισμός νανοσύνθετων εποξειδικής ρητίνης/σωματιδίων SrFe12O19 (strontium ferrite)

• Κύριος συγγραφέας: Σανίδα, Αικατερίνη
• Άλλοι συγγραφείς: Ψαρράς, Γεώργιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2016
• Θέματα: Νανοδιηλεκτρικά; Φερρίτης του στοδίου; Νανοσύνθετα; Αποθήκευση ενέργειας; Κεραμικά νανοσωματίδια; Nanodielectrics; Srontioum ferrite; Nanocomposites; Energy storage; DMA; DSC; 621.381

Τα πολυμερικά νανοσύνθετα είναι στο επίκεντρο του επιστημονικού και τεχνολογικού ενδιαφέροντος, λόγω της ικανότητάς τους να συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα και της πολυμερικής μήτρας με αυτά του εγκλείσματος τους, ιδίως όταν είναι κεραμικά, όπως στην παρούσα εργασία. Αυτό τον συνδυασμό τον επιλέγουμε για να επιτευχθεί συνέργεια μεταξύ της υψηλής διηλεκτρικής αντοχής των πολυμερών και της υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς των κεραμικών. Πολλές είναι οι εφαρμογές των πολυμερικών νανοσυνθέτων και βασίζονται στις οπτικές, ηλεκτρικές, μηχανικές και μαγνητικές τους ιδιότητες. Οι σύγχρονες εφαρμογές των ανόργανων ημιαγώγιμων εγκλεισμάτων με μορφή νανοσυνθέτων πολυμερικής μήτρας περιλαμβάνουν στοίβαση (packaging), διατάξεις θωράκισης από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ολοκληρωμένα κυκλώματα και χρήση τους ως ενδιάμεσο διηλεκτρικό στρώμα. Ο φερρίτης του στροδίου είναι ένα σημαντικό φερομαγνητικό οξείδιο. Εξαιτίας των εξαιρετικών ιδιοτήτων αυτών των υλικών, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μόνιμοι μαγνήτες και ως εξαρτήματα σε συσκευές μικροκυμάτων και υψηλών συχνοτήτων, σε μικρά ηλεκτρικά μοτέρ, σε μέσα εγγραφής, σε μαγνητοοπτικά μέσα ενημέρωσης, στην τηλεπικοινωνία και στην ηλεκτρονική βιομηχανία. Στην παρούσα μελέτη παρασκευάστηκε σειρά δοκιμίων από εποξειδική ρητίνη και νανοσωματίδια SrFe12O19, με μέση διάμετρο μικρότερη από 100nm. Στη συνέχεια, μελετήθηκαν οι ηλεκτρικές και οι θερμομηχανικές τους ιδιότητες. Ο θερμικός χαρακτηρισμός έγινε με χρήση της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC) σε εύρος θερμοκρασιών από 20 oC έως 150 oC. Οι μηχανικές ιδιότητες μελετήθηκαν με την τεχνικής της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA) σε θερμοκρασιακό εύρος που κυμαινόταν από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος έως τους 100οC. Οι διηλεκτρικές ιδιότητες και τα φαινόμενα χαλάρωσης μελετήθηκαν με τη βοήθεια της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας (BDS) σε εύρος θερμοκρασιών από 30 oC έως 150 oC και συχνοτήτων 10-2 Hz έως 106 Hz. Εν τέλει, από τα δεδομένα που λάβαμε από τις μηχανικές μετρήσεις παρουσιάστηκε μία αύξηση του μέτρου αποθήκευσης με αύξηση της περιεκτικότητας του εγκλείσματος. Από το DSC φάνηκε ότι η θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης μειώνεται όσο αυξάνεται η περιεκτικότητα του νανοεγκλείσματος. Στη διηλεκτρική ανάλυση τα δεδομένα επιδεικνύουν τρεις διαφορετικούς μηχανισμούς χαλάρωσης: την διεπιφανειακή πόλωση (γνωστή και ως φαινόμενο Maxwell-Wagner-Sillars) που παρατηρήθηκε στις χαμηλές συχνότητες, την α-χαλάρωση (η οποία σχετίζεται με τη μετάπτωση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση της πολυμερικής μήτρας) στις μεσαίες συχνότητες και την β-χαλάρωση (επαναπροσανατολισμό των πλευρικών πολικών ομάδων της πολυμερικής αλυσίδας) στις υψηλές συχνότητες. Το μέγεθος της αποθηκευμένης ενέργειας επηρεάζεται από την περιεκτικότητα του εγκλείσματος και αυξάνεται με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση.