2015 17 B ST8 03396

NCN > Opus 9  - Panel ST8 > 2015/17/B/ST8/03396
Badania wpływu napełniaczy mineralnych na strukturę i właściwości elektretów z poliolefin krystalicznych
nr kontraktu: UMO-2015/17/B/ST8/03396

Otrzymanie piezoelektrycznych kompozytów polimerowych na bazie poliolefin modyfikowanych napełniaczami mineralnymi, poznanie mechanizmu pułapkowania i transportu ładunku w elektretach komórkowych opartych na kompozytach oraz wyjaśnienie wpływu struktury materiału i modyfikacji na jego właściwości fizykochemiczne, ze szczególnym uwzględnieniem właściwości piezoelektrycznych.

Data rozpoczęcia >> ?
Data zakończenia >> ?
Czas trwania >> ? miesięcy
Koszt całkowity >> 1,13 mln zł
Państwa uczestniczące >> POLSKA

Opis projektu:
Kompozyty polimerowe składają się z matrycy polimerowej, w której jest zdyspergowany odpowiedni modyfikator poprawiający właściwości tworzywa lub nadający mu zupełnie nowe cechy. Materiały te charakteryzują się unikalnymi właściwościami, takimi jak: dobre właściwości mechaniczne, mała gęstość, elastyczność, odporność na działanie czynników destrukcyjnych, łatwość przetwarzania i modyfikacji. Dzieki temu stanowią cenne materiały stosowane w wielu dziedzinach współczesnej gospodarki.
Wiekszość polimerów i ich kompozytów ma właściwości izolacyjne, czyli są dobrymi dielektrykami, a po spolaryzowaniu ich w polu elektrycznym o dużym natężeniu, wykazują zdolność do gromadzenia uporządkowanego ładunku elektrycznego w swojej strukturze. Trwale spolaryzowane dielektryki, czyli elektrety, wykazują właściwości piezoelektryczne. Oznacza to, że pod wpływem odkształceń mechanicznych pomiędzy elektrodami stykowymi przepływa prąd elektryczny oraz działa efekt odwrotny. Znaczenie praktyczne mają tylko te z nich, których okres depolaryzacji wynosi poniżej kilkunastu lat. Znajdują zastosowanie w różnego typu czujnikach, gdyż nie wymagają one dodatkowych źródeł zasilania elementu czynnego.
Do takich tworzyw, które dodatkowo są tańsze i łatwiejsze w produkcji, należą poliolefiny. Jednak podstawową wadą tych materiałów jest ich niska temperatura topnienia. Wprowadzając napełniacze mineralne w postaci krzemianów wywołujemy wzrost temperatury topnienia kompozytów.
Podstawową cechą piezopolimerów jest wartość stałej piezoelektrycznej. Dąży się do tego, aby wartość współczynnika piezoelektrycznego była zbliżona do wartości dla materiałów piezoceramicznych. Utworzenie struktury komórkowej sprawia, że jest to możliwe.
W ramach wstępnych badań otrzymanano sposób otrzymywania kompozytów o dobrej trwałości termicznej i dużej wartości stałej piezoelektrycznej. Aby zoptymalizować uzyskane wyniki należy ustalić skład chemiczny kompozytów, opracować sposób otrzymywania i orientacji folii, a także dobrac warunki ich polaryzacji.
Zjawiska zachodzące w elektretach, zależność pomiędzy strukturą materiału, pułapkowaniem i transportem ładunku elektrycznego, właściwościami mechanicznymi a właściwościami elektrycznymi są jeszcze niewystarczająco zbadane. Przeprowadzone w niniejszym projekcie kompleksowe badania przyczynią się do poznania tych zależności i wyjaśnienia obserwowanych procesów.
Metodyka pracy obejmuje zaawansowane techniki instrumentalne oraz przetwórcze. Opracowana zostanie szczegółowa procedura otrzymywania trwałych elektretów w zależnosci od składu i morfologii kompozytów, warunków prztwórstwa i modyfikacji.
W celu realizacji niniejszego projektu zostało zawiązane konsorcjum, w skład którego wchodzą trzy jednostki naukowe. Wykonawcami projektu jest wysokowykwalifikowana kadra, która będzie wykonywać zadania związane ze swoją specjalnością i wieloletnim doświadczeniem naukowym. Zaplecze techniczne stanowią dobrze wyposażone laboratoria w tychże instytucjach.

Instytut Technologii Elektronowej (ITE), Polska

W Instytucie Technologii Elektronowej Oddziale w Krakowie zostanie wykonanych szereg zadań, skupiających się na wyznaczaniu stałych piezoelektrycznych, badaniu trwałości elektretów oraz charakterystyki sprzężenia elektro-mechanicznego w elektretach badanych kompozytów niekontaktową metodą spektroskopii ultradźwiękowej NCUS.

Cel projektu
Kluczowy etap badań obejmuje badanie właściwości i trwałości elektretów oraz wyjaśnienie mechanizmu pułapkowania ładunku elektrycznego w kompozytach poliolefinowych zawierających krzemiany. W tym celu wyznaczone zostaną parametry charakteryzujące właściwości piezoelektryczne materiałów, takie jak stała piezoelektryczna, czas depolaryzacji i współczynnik sprzężęnia mechanicznego oraz kąt przesuniecia fazowego pomiedzy stałą rzeczywistą a stałą urojoną. W badaniach tych będą wykorzystane techniki, takie jak: badania prądów termostymulowanych (TSDC), spektroskopia impedancyjna i spektroskopia ultradźwiękowa. W ramach grantu zostanie zakupiony nowoczesny aparat do metody spektroskopii ultradźwiekowej NCUS (Non-Contact Ultrasonic Spectroscopy) oraz skonstruowane profesjonalne urządzenie do orientacji folii polimerowych.

Partnerzy:

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika (UMK) - koordynator
• Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników
• Instytut Technologii Elektronowej (ITE)

Praca została wykonana w ramach projektu badawczego nr 2015/17/B/ST8/03396, dofinansowanego z funduszy Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu Opus 9 (obszar badawczy: Nauki Ścisłe i Techniczne, panel: Inżynieria procesów i produkcji).

Źródło: streszczenie projektu na stronie Narodowego Centrum Nauki

osoba odpowiedzialna: dr inż. E. Klimiec