Električna provodnost i karakterizacija polimernih kompozita punjenih hemijski i elektrohemijski dobijenim prahovima metala

Abstract

Povezivanje dva ili više različitih sastojaka u jednu supstancu daje gotovo beskrajne mogućnosti za stvaranje novih inženjerskih materijala. Ovi materijali, koji se zovu kompozitni materijali, mogu se karakterizovati nizom različitih osobina, stoga ova čuda inženjerstva se široko koriste u skoro svim oblastima industrije i nauke, posebno u automobilskoj, električnoj i elektronskoj, vazduhoplovnoj, građevinskoj i mašinskoj industriji, sportu i razonodi itd. Primena kompozitnih materijala je svestrana i u svim sferama industrije i života, te se elektroprovodni kompoziti koriste u industriji računara i elektronskih komponenti, elektroopremi, avioindustriji, kao hladni varovi. Ovi materijali se koriste i kao prekidači, elektromagnetni štitovi, kao zaštita od strujnog i naponskog udara, provodni lepkovi, u građevinarstvu., kao elektrode za solarne ćelije na bazi boja. Oni su takođe našli tehnološku primenu kao grejači sa samoregulatorima, elektronski i hemijski nosevi i senzori, fototermički optički snimači, kao adsorbensi i hemijski i elektrohemijski katalizatori, i u novije vreme u uređajima za skladištenje i konverziju električne energije. Elektroprovodni polimerni kompoziti imaju nekoliko prednosti u odnosu na svoje polazne gradivne supstance, a te prednosti uklјučuju manje troškove i lakoću proizvodnje, manju težinu, visoku fleksibilnost, veću apsorpcionu moć kada su u pitanju mehanički udari i mehanička naprezanja, imaju povećanu otpornost prema koroziji i izrazitu kontrolu provodnosti. U ovoj doktrorskoj disertaciji su prikazani eksperimentalni rezultati istraživanja svojstava kompozitnih materijala na bazi poli(metil metakrilatne) - PMMA, poli(laktidne)-PLA i poli(hidroksi butiratne)-PHB matrice punjenih elektrolitičkim bakarnim prahom. Udeо metalnog punioca, odnosno elektrolitički dobijenog bakarnog praha u ispitivanim kompozitnim uzorcima variran je u opsegu od 0.5-8.8 vol. %, a uzorci su pripremljeni u molderu na povišenim temperaturama. U eksperimentalnom delu za analizu i karakterizaciju metalnog punioca i polimernih matrica, te pripremljenih kompozita korišćene su različite eksperimentalne metode i tehnike. Ove tehnike su uključivale skening elektronsku mikroskopiju (SEM) i mikroskopiju atomskih sila (AFM), čijom primenom su urađene mikrostrukturne i morfološke analize, a određena je veličina i raspodela čestica konstituenata, kao i i električna provodnost kompozita u zavisnosti od udela punioca metodom impedansne spektroskopije (IS)...

Connecting two or more different ingredients into one substance gives almost endless possibilities for creating new engineering materials. These materials, which are called composite materials, can be characterized by a variety of different properties, and, therefore these engineering wonders are widely used in almost all areas of industry and science. In particular, these materials are widely used in automotive industry, electrical and electronic industry, aerospace, civil construction and mechanical engineering, sports and leisure, etc. Composites with metal fillers have found their use as electromagnetic protection of computers and electronic equipment, conductive adhesives for electronic equipment, cold welds, switches, devices for removal of static electricity, voltage protection devices, in dye based solar cells. They also found technological applications in self-regulating heaters, as photothermic optical recorders, chemical sensors and electronic noses, chemical and electrochemical catalysts and adsorbents, supercapacitors. The electroconductive polymer composites have several advantages over their constituents, and these advantages include lower costs and ease of production, high flexibility, lower weight-to-price ratio, greater ability to absorb mechanical impacts, corrosion resistance and conductivity control. The experimental results of the properties’ investigations of composite materials based on poly (methyl methacrylate) - PMMA, poly (lactide) - PLA and poly (hydroxybutyrate) - PHB matrices filled with electrolytic copper powder are shown in this thesisr. The volume fraction of metal filler in investigated composite materials was varied in the range of 0.5-8.8 vol. %, and the samples were prepared in laboratory molder at elevated temperatures. Various experimental methods and techniques were used in the experimental part for the analysis and characterization methods and tecniques were performed on the starting constituents and investigated composites. Microstructural and morphological analysis was performed using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The size and particle vii distribution of the constituent was investigated, as well as the electrical conductivity of the composites in dependance on volume fraction of filler. The thesis deals with the synthesis and characterization of electroconductive composite materials, primarily based on biodegradable polymers. Polymers were mixed with electrochemically, i.e. galvanostatically produced copper powder. The effects of particle size and morphology on the conductivity and percolation threshold of the obtained composites was studied. Characterization included different testing techniques: SEM, AFM, TGA, DSC, FTIR, particle size distribution and conductivity measurement by the impedance spectroscopy method...