Influência da percentagem de cerâmico, tamanho de grão e matriz polimérica nas propriedades dieléctricas e mecânicas de compósitos PZT-PVDF

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa, Carlos Miguel Silva
Data de Publicação: 2007
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/8133
Resumo: Dissertação de Mestrado em Engenharia - Área Especialização em Engenharia de Materiais
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spelling Influência da percentagem de cerâmico, tamanho de grão e matriz polimérica nas propriedades dieléctricas e mecânicas de compósitos PZT-PVDF620.168Dissertação de Mestrado em Engenharia - Área Especialização em Engenharia de MateriaisOs materiais piezoeléctricos são excelentes para aplicações tecnológicas, tais como, sensores e actuadores, devido à inter-conversão de sinais eléctricos em mecânicos e vice-- versa. Em certas aplicações tecnológicas, o uso de materiais compósitos revela-se mais apropriado. Com o objectivo de facilitar o design de compósitos piezoeléctricos, é necessário desenvolver relações de processamento, estrutura e propriedade convenientes e precisas. Os compósitos cerâmicos – polímeros estudados consistem numa fase cerâmica ferroeléctrica embebida numa fase polimérica, pertencendo à classe dos materiais compósitos com partículas. Estes materiais compósitos combinam as boas propriedades dos materiais cerâmicos (elevados coeficientes piezoeléctricos, baixas perdas dieléctricas e mecânicas, boas propriedades térmicas e larga gama de constantes dieléctricas), com as boas propriedades dos polímeros (baixa densidade, alta resistividade, flexibilidade e baixo custo). As propriedades dos compósitos cerâmicos – polímeros vão depender da maneira como as fases se interligam: a conectividade. Neste trabalho, compósitos de Titanato Zirconato de Chumbo com Poli Fluoreto de Vinilideno ([PZT]x – [PVDF]1-x) de conteúdos volumétricos x e conectividade (0-3) foram preparados sob a forma de filmes finos. Pós de PZT com dimensão de grão de 0.84 μm, 1.68 μm e 2.35 μm, em diferentes quantidades de PZT (10%, 20%, 30% e 40%) foram misturados na matriz polimérica, na fase apolar (fase-α) e, na fase polar (fase-β). Dos estudos realizados, conclui-se que a inclusão de material cerâmico não varia a fase presente no material polimérico, mas sim a microestrutura deste, reflectindo-se nas variações da temperatura de fusão e grau de cristalinidade deste. O aumento da percentagem de material cerâmico facilita a formação de agregados. As propriedades dieléctricas e as propriedades mecânicas dinâmicas dependem fundamentalmente da percentagem de material cerâmico e, em menor medida da matriz polimérica e do tamanho médio de grão. O valor da constante dieléctrica ( =143 para 40% PZT e =1.68 μm) e do módulo de rigidez (E’=1.2 GPa para 40% PZT e =1.68 μm) é maior quando comparado com o material polimérico ( =12, E’=0.7GPa) mas menor do que o material cerâmico ( =810). O valor do módulo de Young diminui com o aumento da percentagem de PZT.Piezoelectric materials are excellent for technological applications such as sensors and actuators due to their ability to couple electrical and mechanical signals. For some applications, the use of composite materials is more appropriate. In order to facilitate the design of these piezoelectric composite systems, convenient and accurate processing-structure–property relationships must be developed. The investigated ceramic-polymer composites consist of a ceramic ferroelectric phase soaked in a polymeric insulating electric matrix. These composites materials combine the best of the ceramic properties -high piezoelectric coefficients, low dielectric and mechanical losses, good thermal properties, large range of dielectric constants- with the advantages of the polymer properties -low density, high resistivity, flexibility. The properties of the ceramic-polymer composites will depend on how the filler and the matrix are related: the connectivity. In this work, composites of lead zirconate titanate with polyvinylidene fluoride ([PZT]x – [PVDF]1-x) of volumetric contents x and (0-3) type connectivity were prepared in form of thin films. PZT powder of sizes of 0.84 μm, 1.86 μm and 2.35 μm μm in different amounts of PZT (10%, 20%, 30% and 40%) was mixed in the polymeric matrix. The crystalline phases of the polymer matrix were the non-polar α−phase and the polar β- phase. From the investigation it is concluded that the inclusion of ceramic material does not change the phase of the polymer, but does affect its microstructure, which is reflected in the variations in its melting temperature and the degree of crystalinity. Increased percentage of ceramic induces the formation of aggregates. The dielectric and the dynamic mechanical properties primarily depend on the percentage of ceramic material, and to a lesser extent, on the polymeric phase and the average grain size. The value of the dielectric constant ( =143 for 40% PZT and =1.68 μm) and the strengh modulus (E’=1.2 GPa to 40% PZT and =1.68 μm) is higher when compared with that of the polymer material ( =12, E´=0.7 GPa), but lower than for the ceramic material ( =810). The value of the Young modulus decreases with increasing percentage of PZT.Lanceros-Méndez, S.Universidade do MinhoCosta, Carlos Miguel Silva2007-12-142007-12-14T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/8133porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:40:31Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/8133Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:37:20.202894Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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