Dıelectrıc behavıor characterızatıon of functıonal fıbrous - ceramıc / polymer nanocomposıtes

Abstract

Bu çalışma temel olarak, fiber yapılı seramik/polimer nanokompozitlerin üretilmesi ve bunların dielektrik davranışının karakterize edilmesi üzerinde yoğunlaştırılmıştır.Fiber yapılı ZnO/PVDF nano kompozit iki aşamada hazırlamıştır. İlk olarak, PVA/Zinc Acetate electro dokuması sinterlenerek, nano ölçekli ZnO fiberler elde edilmiştir. İkinci basamaktada, PVDF termoplastik filmlerin arasına yerleştirilmiş, örgü düzeni bulunmayan nano ölçekli fiber yapılı ZnO tabakası bu filmlerin arasına sıcak presleme ile sandöviç edilmiştir. Bu çalışma, kapsamlı kaynakça taraması sonucu erişilebilen bilgi dahilinde, elektrodokumanın organik olmayan katkı malzemeleri için dağılımlarını ve yayılmalarını sağladığını gösteren bir ilktir. Bununda ötesinde, fiber yapılı ZnO/PVDF esnek kompozitlerin yapımı ile saf fiberli ZnO tabakalarının aksine, malzemenin elle tutulması sağlanmış ve dielektrik özelliği için ölçüm alabilme yeteneği kazandırılmıştır. Kısa ZnO fiberlerin büyük yüzey alanları ve polikristalin yapılarına bağlı olarak, nano kompozit film içinde, ara yüzey kutuplaşması artmıştır. Dielektrik sabiti dikkat çekici biçimde artmıştır; kütlesel/yığın ZnO ve PVDF'e karşı, kompozitin dielektrik sabiti düşük frekanslarda 10 mertebe; yığın ZnO/PVDF kompozite karşı ise 2 mertebe artmıştır.Benzer çalışma planı, fiber yapılı PZT/polyvinylester nanokompozit için de uygulanmıştır. Nano fiberler, sol-jel temelli PZT çözeltisi ve PVP'nin karışımının elektro dokuma yapılması ve sonrasında öncü fiberlerin sinterlenmesiyle elde edilmiştir. PZT/PVP yaş fiberlerin ortalama çapı, öncü karışımın zamanla yaşlanması ve artan akışkanlığı ile artmıştır. Polyvinylester içine emdirilen nano fiber tabakalar sonucu oluşan, 3-3 nano kompozitler malzemenin kırılmadan işleme tabi tutulabilmesini ve dielektrik özellikleri için ölçüm alınabilmesini sağlamıştır.

This study is mainly focused on forming fibrous-ceramic/polymer nanocomposites and characterizing their dielectric behavior.The fibrous-ZnO/PVDF nanocomposite is prepared in two steps. First, a network of nano-scale zinc oxide (ZnO) fibers is produced by sintering electrospun PVA/Zinc Acetate fibers. Second, the ZnO fibrous non-woven mat is sandwiched between two polyvinylidine fluoride (PVDF) thermoplastic polymer films by hot-press casting. Referring to the extensive literature search within the thesis, this work is the first demonstration of the use of electrospinning to secure the dispersion and distribution of a network of inorganic fillers. Moreover, processing a fibrous-ZnO/PVDF flexible composite facilitate material handling and enable dielectric property measurement, in contrast to that on a fibrous mat of pure ZnO. Due to the high surface area of the short ZnO fibers and their polycrystalline structure, interfacial polarization is pronounced in the nanocomposite film. The dielectric constant is enhanced significantly-up to a factor of ten at low frequencies compared to the dielectric constant of constituent materials (both bulk ZnO and PVDF), and up to a factor of two compared to a bulk-ZnO/PVDF composite.Similar effort is also presented for the fibrous-PZT/polyvinylester nanocomposite. Nanofibers are obtained by electrospinning a sol-gel based solution and polyvinyl pyrrolidone (PVP) polymer, and subsequent sintering of the electrospun precursor fibers. The average diameter of the precursor PZT/PVP green fibers is increased with the aging of the precursor solution along with an increase in the viscosity. Preparation of 3-3 nanocomposites by infusion of polyvinylester into the nanofiber mat facilitates successful handling of the mats and enables measurements of dielectric properties.