بررسی مقایسه ای خواص دی الکتریک کامپوزیت الاستومری اتیلن- پروپیلن (epr) حاوی نانوذرات فلزی، سرامیکی یا ترکیب آنها

چکیده با توجه به گسترش صنعت برق و الکترونیک، تقاضا برای مواد با ضریب دی¬الکتریک بالا، فرایندپذیری آسان و دوام زیاد رو به گسترش است. یکی از رایج¬ترین روش¬ها برای دستیابی به این هدف استفاده از کامپوزیت های پلیمری است. استفاده از پرکننده¬هایی مانند ذرات سرامیکی با ضریب دی¬الکتریک بالا و یا ذرات فلزی/کربنی با رسانایی بالا در بستر پلیمری معمول است که هر یک نقاط قوت و ضعف خاص خود را دارند. هدف از انجام این پژوهش بررسی تأثیر ذرات سرامیکی با ضریب دی¬الکتریک بالا و ذرات فلزی با رسانایی بالا در بستر پلیمری و مقایسه تفاوت مکانیزم اثر این ذرات بر خواص دی الکتریک کامپوزیت¬های حاصل است. همچنین کاهش میزان اتلاف بالای دی الکتریک در کامپوزیت های حاوی پرکننده رسانا با استفاده از ساختارهای هسته – پوسته ای مورد بررسی قرار می¬گیرد. در این راستا، کامپوزیت¬های پلیمری لاستیک اتیلن - پروپیلن با استفاده از پرکننده سرامیکی تیتانیا با دو اندازه ذره نانو و میکرو و پرکننده نانونقره در کسر حجمی¬های متفاوت به روش محلولی ساخته شدند. نانوذرات نقره به روش کاهش شیمیایی یون های نقره تهیه شدند. به منظور بهبود سازگاری ذرات تیتانیا و نانونقره با ماتریس پلیمری سطح ذرات توسط عامل سیلانی اصلاح شد. با استفاده از روش¬های طیف سنجی و میکروسکوپی مشخصات ذرات و نحوه پراکنش آنها در ماتریس پلیمری بررسی شد. اصلاح سطح سیلانی بر پراکنش ذرات تیتانیا مؤثر بود و پراکنش مناسبی حاصل شد در حالیکه نانوذرات نقره متجمع شدند و پراکنش مناسبی بدست نیامد. نتایج اندازه¬گیری خواص الکتریکی کامپوزیت¬ها نشان داد که اندازه ذرات تیتانیا، به ویژه در کسرحجمی¬های بالاتر، تأثیر بسزایی در رفتار الکتریکی کامپوزیت¬ها دارد که مؤید وجود اثرات بین سطحی و لایه میانی کم تحرک بر این خواص است که منجر به افزایش خواص الکتریکی در کامپوزیت حاوی نانوذرات نسبت به میکروذرات می¬شود. انحراف نتایج تجربی از مدل¬ دو جزئی ماکسول - گارنت نیز حاکی از اهمیت لایه میانی است و با استفاده از مدل سه¬جزئی وو (vo) برازش بهتری با داده¬های تجربی حاصل شد. نتایج آزمون دینامیکی- مکانیکی با روبش دما نیز تفاوت در دینامیک زنجیره¬های لاستیکی اطراف ذرات نانو و میکرو را نشان داد که گواهی بر تفاوت خواص الکتریکی حاصل از این ذرات و اثر لایه کم تحرک بر این خواص است. در مقایسه کامپوزیت¬های نانوتیتانیا و نانونقره مشاهده شد که مکانیزم افزایش ضریب دی¬الکتریک در اولی بدلیل بالا بودن ضریب دی¬الکتریک ذاتی تیتانیا نسبت به پلیمر و انحراف خطوط میدان الکتریکی و در دومی بدلیل تفاوت زیاد در رسانایی دو فاز و قطبیدگی بین سطحی می¬باشد. در کسر حجمی¬های بکار رفته، کامپوزیت¬های نانوتیتانیا از آستانه تداخل عبور نکردند در حالیکه کامپوزیت نانونقره در کسر حجمی 8% از آستانه تداخل گذشت و ضریب دی¬الکتریک و اتلاف دی¬الکتریک بالایی را ایجاد نمود. در شرایط برابر سطح تماس دو فاز، نانوذرات نقره بدلیل ایجاد قطبیدگی بالاتر نسبت به نانوذرات تیتانیا کارائی بیشتری در افزایش ضریب دی¬الکتریک کامپوزیت از خود نشان داد. به منظور کاهش رسانایی توده¬ای و اتلاف دی¬الکتریک در کامپوزیت¬های نانوذرات نقره از ساختار هسته – پوسته ای با پوسته سیلیکاتی و یا نشاسته استفاده شد. نتایج نشان داد که این ساختار موجب کاهش 77 درصدی اتلاف دی-الکتریک و کاهش 55 درصدی ضریب دی¬الکتریک می¬شود که به کارایی بیشتر کامپوزیت کمک خواهد کرد. واژگان کلیدی : ضریب دی الکتریک، اتلاف دی الکتریک، قطبیدگی بین سطحی، اتیلن پروپیلن رابر، تیتانیا، نانونقره، ذرات هسته – پوسته ای