Enhancement of thermal, electrical and optical properties of zinc oxide filled polymer matrix nano composites

Abstract

Bu çalışmada, farklı tane boyutuna sahip çinko oksit (ZnO) katkılı polietilen ve polipropilen kompozitlerde elektrik iletkenliği, termal iletkenlik ve optik özelliklerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Polimer matris içine ZnO tozu katılarak elde edilen kompozit malzemeler, ekonomik, hafif, dayanıklı, optik özellikleri gelişmiş, esnek ve iletken olabilir aynı zamanda ZnO özelliklerini de taşıyabilir.Farklı parçaçık boyutunda ve iletkenlikte, ticari ve hidrotermal yöntem ile sentezlenmiş ZnO tozlarından polimer kompozit hazırlanmıştır. Kompozitlerin yüksek elektrik ve termal iletkenlikle birlikte lüminesans özelliğine sahip olduğu gözlenmiştir. Ayrıca polimere ZnO oranları ve ZnO tozuna yapılan yüzey işlemlerinin kompozit üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yeşil ve mavi bölgede lüminesans etkisi ZnO tozların yapısındaki hatalar nedeniyle gözlenmiştir. Bütün tozlar aynı zamanda orta düzeyde iletken malzeme olarak tanımlanmıştır.İyi dağıtılamamış kompozitler, reomikser kullanılarak hazırlanmış, ancak özellikle nano boyuttaki tozlar topaklanma eğilimi göstermiştir. Aynı zamanda, polimerlerde yapışma ve ıslanma problemi iki farklı malzemenin yüzey özelliklerine dayandırılıp, ayrıca ara yüzeyde mikro boşlukların olduğu gözlenmiştir.Hazırlanan kompozitler, elektrostatik yük boşaltımında, orta düzeyde iletken malzeme olarak elektrik iletkenliğinde, ayrıca ısı soğutucu ve lüminesant malzeme olarak kullanım alanı bulabilecektir. Kompozitlerin sertliği, katkısız polimere göre daha fazla olmuştur ve bu kompozitler mühendislik malzemesi olarak kullanılabilirler.

The purpose of this study is to enhance the electrical, thermal and optical properties of polyethylene and polypropylene by the addition of zinc oxide (ZnO) filler. Embedding ZnO in a polymeric matrix could make an economic, weight saving, chemically resistive, optical, flexible and conductive materials which possesses the properties of zinc oxide.Composites with higher electrical and thermal conductivity having luminescence properties were prepared using commercial and hydrothermally synthesized ZnO powders with different particle size and conductivity. Effect of ZnO loading and surface treatment on composite properties was investigated. Luminescence effects in green and blue regions were detected in all powders due to the defects on the structure of ZnO. The powders were found to be moderately conductive materials, as well.Un-homogenously dispersed composites were prepared using rheomixer since especially nano powders tended to be agglomerated in the composite. On the other hand, different surface properties of powder and polymer caused adhesion and wetting problems. Microvoids were detected in the interphase, as well.Composites can be used as an electrostatic dissipation and moderate electrical conductive applications in the field of electrical conductivity, as a heat sink in the field of thermal conductivity and as a solid state lamp due to luminescence properties. Stiffness of the composites was very high compared to neat polymer and can be properly used as an engineering material.