Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13269
Title: Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών πολυδιμεθυλοσιλοξάνης (PDMS)/νιτριδίων του βορίου
Authors: Κωνσταντίνου, Αντιγόνη
Keywords: Σύνθετα υλικά
Πολυδιμεθυλοσιλοξάνη
Διηλεκτρικά υλικά
Νιτρίδιο του βορίου
Νανοσύνθετα
Νανοδιηλεκτρικά
Keywords (translated): Composite materials
PDMS
Dielectrics
Boron nitride
Nanocomposites
Nanodielectrics
Abstract: 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.
Abstract (translated): Composite materials constitute one of the most significant novel classes of engineering materials with several fascinating properties. It is extensively known the fact that this materials’ type has various applications in a great number of areas such as naval, aerospace, structural engineering etc. Many polymers have been proved suitable matrices in developing composite structures such as epoxy resins, elastomeric polymers such as PDMS etc. Not only but for the good adhesion with reinforcing elements, resistance to corrosive environment, light weight and in some cases ductile mechanical performance, but also due to their ease production and processing. Of course, it is worth mentioning that the majority of polymers are electrical insulators with low dielectric permittivity and usually high dielectric strength. The main purpose of this work was the synthesis of the complex system of polydimethilosiloxane (PDMS) – boron nitride (BN) nanoparticles and the investigation of the composites’ electric properties in a wide frequency and temperature range via Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS), the mechanical properties through Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and the morphology characterization via Scanning Electron Microscopy (SEM). In order to create a more complete aspect about the contribution of the filler, nanocomposites of epoxy resin – boron nitride (BN) nanoparticles, at the same filler content, were synthesized and were studied with the same characterization techniques at the same conditions. In this way, it was achieved the comparison of the composites with different matrix’s material and the filler’s behaviour was studied. In the first part of this work basic concepts and theoretical issues related to composites, an introduction to the dielectric theory and as well as theory about smart systems and are being presented. In the experimental part, information about the manufacturing process of the samples are given and some information about the techniques which are used in order to obtain our data. In addition to the recorded experimental results are related to dielectric relaxations and are discussed through two formalisms dielectric permittivity (ε), electric modulus (M) for the PDMS – BN systems and three formalisms dielectric permittivity (ε), electric modulus (M) and ac-conductivity (σ) for the epoxy – BN specimens. Furthermore, all systems were studied through the formalisms of dielectric reinforcing function (G) and relative energy of density (U_rel). Many important conclusions were drawn. Some of them are: i) on the curves of the electric permittivity as a function of the frequency and temperature, higher values of the real part of the electric permittivity of the composites are attributed to the higher permittivity values of BN relative to the epoxy resin, ii) an increase in the real part of the dielectric permittivity of the composites with increasing temperature was observed, iii) it was considered appropriate to use the formalism of electric modulus (M), since it neglects the parasitic effect of the polarization of the electrodes, iv) at PDMS – BN systems three relaxation mechanisms were detected, cold crystallization which is attributed to the semi-crystalline polymer matrix of PDMS, α-relaxation and interfacial polarization. At the systems of Epoxy/BN three relaxation mechanisms were detected, which are attributed to the transition from glass to elastomeric phase (α-relaxation) of the matrix, re-orientation of polar side chains of the polymeric chain (β-relaxation) as well as to interfacial polarization or Maxwell-Wagner-Sillars phenomenon (IP or MWS effect) between matrix and reinforcing phase.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Konstantinou(phys).pdf24.34 MBAdobe PDFView/Open


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