Příprava kompozitních vláknitých struktur metodou elektrostatického zvlákňování pro piezoaplikace
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Pomocí elektrostatického zvlákňování byla připravena polymerní i kompozitní polymerkeramická nanovlákna. Jako nejvhodnější prekurzor byl stanoven roztok 20 hm.% polyvinylidenfluoridu (PVDF) ve směsi dimethylsulfoxidu (DMSO) a acetonu v poměru 7:3. Pro přípravu kompozitních vláken byly do tohoto roztoku přidány nanočástice zirkoničitanu titaničitanu barnatého vápenatého (BCZT), nebo titaničitanu barnatého (BT) v množství 20 hm.%. Pro přípravu vláken byly používány následující parametry: napětí 50 kV, dávkování 30 l/min, vzdálenost kolektoru a emitoru 20 cm a jehla o průměru 17 G. Dále byl zkoumán vliv hmotnostně střední molekulové hmotnosti PVDF a rychlost rotace kolektoru. Na vzorcích byla zkoumána morfologie a tloušťka vláken. Pomocí rentgenové difrakce a infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací bylo dále stanoveno fázové složení vzorků a nakonec byly měřeny některé jejich elektrické vlastnosti. Vlákna s nižším průměrem vznikala při nižších molekulových hmotnostech PVDF a při vyšší rychlosti rotace kolektoru. Tato vlákna měla také vyšší procento piezoelektrické fáze. Nejnižší dosažené hodnoty průměru vláken byly okolo 300 nm, nejvyšší procento fáze bylo 92 % a nejvyšší piezoelektrická konstanta měla hodnotu 16 pC/N. Vlákna plněná BT částicemi vykazovala lepší vlastnosti než vlákna plněná BCZT částicemi.
Polymer and composite polymer-ceramic nanofibers were prepared by electrospinning process. Solution of 20 wt.% polyvinylidene fluoride (PVDF) in a mixture of dimethyl sulfoxide (DMSO) and acetone in the ratio of 7:3 was chosen as the most suitable precursor. When preparing composite nanofibers, 20 wt.% of barium calcium zirconate titanate (BCZT) or barium titanate (BT) nanoparticles was added to this PVDF solution. Given parameters were defined as the most suitable for the process of electrospinning: voltage of 50 kV, feeding rate of 30 l/min, distance between emitter and collector of 20 cm and needle diameter of 17 G. The effect of polymer molecular weight and the rotation speed of collector was also studied. Various properties of prepared samples were studied: morphology and fiber diameter, phase composition with the use of x-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy and also chosen electrical properties. Lower fiber diameters appeared with lower polymer molecular weight and higher rotation speed of the collector. These parameters resulted in higher percentage of the piezoelectric phase as well. The smallest achieved fiber diameter was around 300 nm, the highest percentage of phase was 92 % and the highest piezoelectric constant had a value of 16 pC/N. Composite fibers filled with BT particles showed better properties that the ones filled with BCZT particles.
Polymer and composite polymer-ceramic nanofibers were prepared by electrospinning process. Solution of 20 wt.% polyvinylidene fluoride (PVDF) in a mixture of dimethyl sulfoxide (DMSO) and acetone in the ratio of 7:3 was chosen as the most suitable precursor. When preparing composite nanofibers, 20 wt.% of barium calcium zirconate titanate (BCZT) or barium titanate (BT) nanoparticles was added to this PVDF solution. Given parameters were defined as the most suitable for the process of electrospinning: voltage of 50 kV, feeding rate of 30 l/min, distance between emitter and collector of 20 cm and needle diameter of 17 G. The effect of polymer molecular weight and the rotation speed of collector was also studied. Various properties of prepared samples were studied: morphology and fiber diameter, phase composition with the use of x-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy and also chosen electrical properties. Lower fiber diameters appeared with lower polymer molecular weight and higher rotation speed of the collector. These parameters resulted in higher percentage of the piezoelectric phase as well. The smallest achieved fiber diameter was around 300 nm, the highest percentage of phase was 92 % and the highest piezoelectric constant had a value of 16 pC/N. Composite fibers filled with BT particles showed better properties that the ones filled with BCZT particles.
Description
Keywords
Elektrostatické zvlákňování, nanovlákna, piezoelektrický jev, polyvinylidenfluorid, zirkoničitan titaničitan barnatý vápenatý, titaničitan barnatý, bezolovnatá keramika., Electrospinning, nanofibers, piezoelectric effect, polyvinylidene fluoride, barium calcium zirconate titanate, barium titanate, lead-free ceramic.
Citation
SCHIFFEROVÁ, Z. Příprava kompozitních vláknitých struktur metodou elektrostatického zvlákňování pro piezoaplikace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Materiálové inženýrství
Comittee
prof. Ing. Rudolf Foret, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Karel Maca, Dr. (místopředseda)
doc. Ing. Libor Pantělejev, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Klára Částková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc. (člen)
Date of acceptance
2019-06-11
Defence
* vlastní obhajoba diplomové práce
* posudek vedoucího práce
* posudek oponenta
* odpovědi na dotazy oponenta
* jak byly určovány tloušťky vláken
* problematika určování elektrických vlastností na vláknitých strukturách
* kompozitní vláknité struktury - jaké jsou dvě zúčastněné fáze
* bližší informace o fázích ve vláknech
* jednotky použité pro charakterizaci průměru jehly
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení