REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Dielektrični materiali so ključni sestavni deli elektronskih naprav in elektroenergetskih sistemov, zato sta načrtovanje in razvoj novih materialov z ojačenim dielektričnim odzivom še vedno izjemno pomembna. V tej disertaciji so preučeni trije različni pristopi za ojačenje dielektričnega odziva: (i) perkolativni kompoziti, (ii) mešanje polimerov in (iii) induciranje kritičnosti, pri čemer je vsak pristop izveden na novem organskem ali keramičnem sistemu.
Z ozirom na ekološko trajnost so polimerni materiali, še posebej tisti, ki temeljijo na celulozi, v zadnjem času pridobili veliko pozornosti. Zaradi nizke dielektrične konstante celuloznih polimerov je za doseganje visokih dielektričnih odzivov pogosto uporabljen kompozitni pristop, saj v bližini perkolacijskega praga dielektrični odziv divergira. V tej raziskavi so namesto grafenovega oksida uporabljeni MXeni iz titanovega karbida. Dielektrične meritve, ki so bile izvedene v širokem frekvenčnem in temperaturnem razponu, so pokazale, da način priprave ter izbira vrste celuloznih nanovlaken in absorbirana voda pomembno vplivajo na celoten dielektrični odziv. Podrobna preiskava vakuumsko filtriranih kompozitov iz celuloznih nanovlaken in MXenov, ki so vsebovali najmanj nečistoč, je potrdila, da njihov dielektrični odziv sledi perkolacijski teoriji, kar se kaže v izrazitem naraščanju dielektrične konstante z večanjem vsebnosti polnila.
Drugi pristop na področju polimernih sistemov je usmerjen v zvišanje gostote električne energije z delovanjem pri višjih električnih poljih. Dielektrični preboj v polimerih običajno sprožijo prosti naboji, ki jih zunanje električno polje pospeši v praznem prostoru v materialu. Z mešanjem dveh polimerov je preko močne elektrostatske interakcije med nasprotno nabitimi verigami mogoče povečati gostoto urejenih verig in zmanjšati število prostih nabojev ter posledično povečati dielektrično prebojno trdnost. Zmesi polieterskega imida (PEI) in poliimida (PI) so, v skladu z navedenim, pokazale približno 2,5-krat višjo dielektrično prebojno trdnost v primerjavi z izvirnima polimeroma, vsebovale manj prostih nabojev in absorbirale manj vode zaradi gostejše ureditve verig.
Kljub okolju škodljivi sestavi keramika na osnovi svinca še vedno prevladuje zaradi svojih izjemnih funkcionalnih lastnosti. Fizikalni pristop, ki omogoča dosego največjega dielektričnega odziva v kritični končni točki, je v feroelektričnih in relaksorskih sistemih privedel do izjemnih funkcionalnih lastnosti. V tej disertaciji je prvič prikazan obstoj dveh kritičnih končnih točk v antiferoelektrični keramiki z uporabo modelnega sistema Pb0.99Nb0.02[(Zr0.57Sn0.43)0.92Ti0.08]0.98O3. V bližini teh točk sta bili opaženi izboljšana gostota shranjene energije in večja dielektrična nastavljivost. Da bi pojasnili izvor povečane dielektrične nastavljivosti (približno 375 %) pri temperaturi trojne točke, inducirane z električnim poljem, je bilo kot glavni mehanizem predlagano drobljenje domen, kar so potrdile Rayleighove meritve in slikanje s piezoelektričnim modulom na mikroskopu na atomsko silo.
Dobljeni rezultati v teh sistemih nudijo nov vpogled v korelacijo med strukturno evolucijo materialov, razvitih z različnimi pristopi, in njihovimi lastnostmi, kar je ključno za razvoj novih materialov za napredne dielektrične aplikacije tako na temeljni kot praktični ravni.