Zinātniskās darbības atbalsta sistēma
Latviešu English

Publikācija: Perkolācijas un pjezorezistīvā efekta īpatnības poliizoprēna – nanostrukturēta oglekļa kompozītos

Publikācijas veids Promocijas darbs
Pamatdarbībai piesaistītais finansējums Nav zināms
Aizstāvēšana: 09.09.2011 14:00, Materiālzinātnes un Lietišķās Ķīmijas fakultāte, Āzenes iela 14/24, 272. auditorija
Publikācijas valoda Latviešu (lv)
Nosaukums oriģinālvalodā Perkolācijas un pjezorezistīvā efekta īpatnības poliizoprēna – nanostrukturēta oglekļa kompozītos
Nosaukums angļu valodā The Features of Percolation and Piezoresistive Effect in Polyisoprene – Nanostructured Carbon Composites
Pētniecības nozare 2. Inženierzinātnes un tehnoloģijas
Pētniecības apakšnozare 2.5. Materiālzinātne
Autori Juris Zavickis
Atslēgas vārdi polyisoprene, nanostructured, carbon, composite, percolation, piezoresistive, pressure sensing
Anotācija Promocijas darbs veltīts spiedienjutīgu dabīgās gumijas un nanostrukturēta oglekļa kompozītu (PINOK) fizikālo īpašību izpētei un viscaur superelastīga spiediena sensorelementa prototipa izstrādei. Darbā attīstīta un pielietota PINOK paraugu izgatavošanas tehnoloģija, elektrovadošo pildvielu disperģējot hloroforma šķīdumā ar ultraskaņu, kā arī izstrādāta oriģināla metodika PINOK elektriskās pretestības mērīšanai in-situ vulkanizācijas laikā. PINOK mehano-elektrisko īpašību mērīšanai tika modificēta Zwick/Roell z2.5 materiālu pārbaudes iekārta, kas tika papildus aprīkota ar instrumentiem plaša diapazona elektriskās pretestības automatizētai mērīšanai. Veicot PINOK elektriskās pretestības mērījumus in-situ vulkanizācijas laikā, tika uzskatāmi parādīts, ka PINOK elektriskā vadāmība parādās tieši vulkanizācijas procesa sākumdaļā. Lai iegūtu papildus informāciju, PINOK paraugiem ar dažādiem vulkanizācijas ilgumiem tika veikti elektriskās pamatpretestības un pjezorezistīvā efekta mērījumi, kā arī mikrostruktūras izpēte ar SEM. Noskaidrots, ka vulkanizācijas sākumā, kad jēlgumijas viskozitāte ir viszemākā, paaugstinātas temperatūras ietekmē notiek elektrovadošās pildvielas kinētiska aglomerācija un PINOK izveidojas sarežģīts elektrovadošs oglekļa daļiņu tīkls. Veicot elektriskās perkolācijas sliekšņu eksperimentālu noteikšanu un detalizētu izpēti PINOK ar dažādām elektrovadošajām pildvielām un dažādām to disperģēšanas metodēm, noskaidrots, ka disperģējot oglekļa kvēpus ar ultraskaņu, iespējams par 40 % pazemināt PINOK elektriskās perkolācijas slieksni. Tāpat noskaidrots, ka elektrovadošās pildvielas disperģēšana ar ultraskaņu ievērojami samazina oglekļa kvēpu struktūras sarežģītību, uzlabo to izkliedi kompozītā, kā arī palielina tuneļstrāvu relatīvo intensitāti. Balstoties uz literatūru, darbā izstrādāts un piedāvāts pozitīva pjezorezistīvā efekta matemātisks modelis, kas PINOK elektriskās pretestības pieaugumu paralēli spiedes spēka pielikšanas garenasij skaidro ar matricas pagarināšanos šķērsvirzienā, kas izraisa tuneļpāreju biezuma palielināšanos un elektrovadošo kanālu skaita izmaiņas. Modelis veiksmīgi izmantots, lai aprakstītu un izskaidrotu eksperimentālie iegūtos pozitīvos pjezorezistīvos efektus. Darba beigās izstrādāts, izgatavots un pētīts viscaur superelastīgs spiediena sensorelements, kas sastāv vienīgi no PINOK, par ko ir saņemts LV patents Nr. 14085 (pieteikts 10.12.2009).
Anotācija angļu valodā The dissertation is devoted to physical properties of pressure-sensitive polyisoprene – nanostructured carbon composites (PNCC) and designing of a completely flexible pressure sensing element prototype. Technology of producing PNCC by ultrasound dispersing of the electro-conductive filler in chloroform is developed and used in the study. Original techniques is devised and used for measuring electrical properties of PNCC in-situ during vulcanization. A Zwick/Roell z2.5 material testing device was optionally modified with instruments for automated wide-range measurements of electrical resistivity. By performing in-situ measurements of electrical resistivity during vulcanization, electrical conductivity of PNCC is proven to appear just at the beginning of vulcanization. To obtain additional information, the measurements of initial electrical resistivity, piezo-rezistivity and a SEM study of microstructure is performed with samples of different duration of vulcanization. Kinetic agglomeration of electro-conductive filler is found taking place and creating a complex electro-conductive network at the beginning of vulcanization, stimulated by increased temperature. By a detailed study of electrical percolation thresholds of PNCCs, made with different electro-conductive fillers and using different dispersing techniques, the ultrasound dispersing of carbon black is found to decrease the electrical percolation threshold by about 40 % and dramatically reduce the structure of carbon black to improve dispersion and to increase the relative intensity of tunneling currents. The theoretical model of the positive piezo-resistive effect proposed on the basis literature explains the increase of electrical resistivity of PNCC in the direction parallel to the applied compressive force by elongation of the matrix and subsequent increase of the tunneling junctions, and change of the number of electro-conductive channels in the transversal direction. The model is successfully used to explain the experimentally obtained data of the piezo-resistive effect in PNCC. A completely hyper-elastic pressure-sensing element made of PNCC only is designed, manufactured and tested within the framework of the study and is the subject of LV patent No. 14085 (registered 10.12.2009).
Atsauce Zavickis, Juris. Perkolācijas un pjezorezistīvā efekta īpatnības poliizoprēna – nanostrukturēta oglekļa kompozītos. Promocijas darbs. Rīga: [RTU], 2011. 128 lpp.
Kopsavilkums Kopsavilkums
ID 10278