Dielektrické vlastnosti kompozitních epoxidových struktur

Abstract

Tato disertační práce se zabývá nanokompozity na bázi epoxidových pryskyřic pro pokročilé elektrické aplikace. Ačkoli epoxidové pryskyřice nabízejí výjimečné izolační a adhezivní vlastnosti, jejich elektrické charakteristiky vyžadují zlepšení prostřednictvím přídavku nanočástic. Studie se skládá ze dvou částí: komplexního teoretického přehledu dielektrických vlastností kompozitů a experimentálního výzkumu epoxidových nanokompozitů. Experimentální práce byla zaměřena na optimalizaci dielektrických vlastností keramických oxidů, jako je oxid želez itý (Fe2O3) a oxid ytritý (Y2O3), pro vysokonapěťovou izolaci, vývoj kompozitů epoxid/částice grafitu (GFs) pro aplikace ukládání energie a studium hrotů z wolframu potažených epoxidem pro emisi elektronů na základě modelu bodového kondenzátoru. Řešeny byly i klíčové výzvy, jako je disperze plniva a strukturální integrita. Materiály byly charakterizovány v širokém rozsahu frekvencí (102 až 106 Hz) a teplot (30–170°C) s analýzou průrazu při vysokém poli. Tato studie nabízí cílené strategie pro epoxidové kompozity v oblasti ukládání energie, vysokonapěťových systémů a emisních technologií. Tato práce posouvá vývoj epoxidových nanokompozitů pro budoucí elektrické aplikace. Integrace keramických oxidů výrazně zlepšuje dielektrické vlastnosti vysokonapěťových systémů, zatímco anody z grafitu a epoxidu představují perspektivní řešení pro ukládání energie. Model bodového kondenzátoru úspěšně vysvětluje chování emisí u epoxidem potažených emitérů. Tyto poznatky dohromady stanovují návrhové protokoly pro materiály na bázi epoxidu, které splňují klíčové průmyslové požadavky v oblasti energetiky a elektroniky

This doctoral study investigates epoxy resin nanocomposites for advanced electrical applications. Although epoxy resins offer exceptional insulation and adhesion properties, their electrical characteristics require enhancement through nanoparticle incorporation. The study comprises two main parts: a comprehensive theoretical review of the dielectric prop erties of composites, and an experimental investigation of epoxy nanocomposites. The experimental work focused on optimizing the dielectric properties of ceramic oxides, such as iron oxide (Fe2O3) and yttrium oxide (Y2O3), for high-voltage insulation. In addition, the investi gation extended to other oxides including silica (SiO2), alumina (Al2O3), and magnesium oxide (MgO).Moreover, Developing epoxy/ Graphite flakes (GFs) composites for energy storage applications, and exploring epoxy-coated tungsten tips for field electron emission via the dot capacitor model. Key challenges, including filler dispersion and structural integrity, were also addressed. The materials were characterized over a broad frequency range (102 to 106 Hz) and a temperature range (30–170,°C), with high field breakdown analysis. This study provides customized strategies for epoxy composites in energy storage, high-voltage systems, and emission technologies. This thesis advances epoxy nanocomposites for next-generation electrical applications. Ceramic oxide integration significantly enhances the dielectric performance of high-voltage systems, while epoxy/GFs composite demonstrate viable energy storage solutions. The dot-capacitor model successfully explains the emission behavior of epoxy-coated emitters. Together, these findings establish design protocols for epoxy-based materials that meet critical industrial demands in energy and electronics.