Tato práce se zabývá přípravou a charakterizací polymerních fólií na bázi poly(vinyliden fluoridu) (PVDF) a jejich kompozitů. V teoretické části jsou popsané druhy piezoaktivních částic a polymerních matric, dále pak způsoby přípravy kompozitů a modifikace částic. Práce dále popisuje aplikace piezoaktivních kompozitních systémů v souvislosti se snímáním vibrací u včelích kolonií. V praktické části se práce zaměřuje na výrobu PVDF fólií technikou lisování s různým přídavkem částic titaničitanu barnatého (BT) jednak čistého a následně jeho modifikací, krátkými řetězci poly(butyl akrylátu) pomocí radikálové polymerace s přenosem atomu (ATRP). Tyto fólie byly charakterizovány pomocí infračervené spektroskopie a rentgenové difrakce, dále byly stanovené kalorimetrické vlastnosti pomocí techniky diferenční snímací kalorimetrie a tepelné vlastnosti pomocí termogravimetrické analýzy. Nakonec byly hodnoceny mechanické vlastnosti pomocí tahové zkoušky. Podrobně charakterizované materiály byly pólovány a byla hodnocena jejich elektromechanická aktivita na mechanickou vibraci, kde se ukázalo, že modifikace BT částic má pozitivní vliv na efektivitu připravených fólií.
Annotation in English
This master thesis is focused on the preparation and characterization of polymeric foils based on poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and their composites. In the theoretical part, there are described various types of piezo-active particles and polymer matrices, followed by composite fabrication techniques and particle modification. This work further describes application of the piezo-active composite systems in connection to the monitoring of the bee colonies vibrations. In the experimental part, it is focused on the fabrication of the PVDF sheets using compression moulding technique with addition of various amount of barium titanate (BT) particles, neat one and its modified analogue with short polymer chains of poly(butyl acrylate) using atom transfer radical polymerization (ATRP). These sheets were characterized using infrared spectroscopy and roentgen diffraction, followed by investigation of the calorimetric properties using differential scanning calorimetry and thermal properties using thermogravimetric analysis. Finally, the mechanical properties were investigated using tensile testing. Detailed characterized materials were poled and their electro-mechanical activity on the mechanical vibration was investigated and it was shown that modification of the BT particles has positive influence on the effectivity of prepared sheets.
Barium Titanate, Atom Transfer Radical Polymerization, Poly(vinylidene fluoride), composite, mechanical vibrations, d33 coefficient
Length of the covering note
74 s.
Language
CZ
Annotation
Tato práce se zabývá přípravou a charakterizací polymerních fólií na bázi poly(vinyliden fluoridu) (PVDF) a jejich kompozitů. V teoretické části jsou popsané druhy piezoaktivních částic a polymerních matric, dále pak způsoby přípravy kompozitů a modifikace částic. Práce dále popisuje aplikace piezoaktivních kompozitních systémů v souvislosti se snímáním vibrací u včelích kolonií. V praktické části se práce zaměřuje na výrobu PVDF fólií technikou lisování s různým přídavkem částic titaničitanu barnatého (BT) jednak čistého a následně jeho modifikací, krátkými řetězci poly(butyl akrylátu) pomocí radikálové polymerace s přenosem atomu (ATRP). Tyto fólie byly charakterizovány pomocí infračervené spektroskopie a rentgenové difrakce, dále byly stanovené kalorimetrické vlastnosti pomocí techniky diferenční snímací kalorimetrie a tepelné vlastnosti pomocí termogravimetrické analýzy. Nakonec byly hodnoceny mechanické vlastnosti pomocí tahové zkoušky. Podrobně charakterizované materiály byly pólovány a byla hodnocena jejich elektromechanická aktivita na mechanickou vibraci, kde se ukázalo, že modifikace BT částic má pozitivní vliv na efektivitu připravených fólií.
Annotation in English
This master thesis is focused on the preparation and characterization of polymeric foils based on poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and their composites. In the theoretical part, there are described various types of piezo-active particles and polymer matrices, followed by composite fabrication techniques and particle modification. This work further describes application of the piezo-active composite systems in connection to the monitoring of the bee colonies vibrations. In the experimental part, it is focused on the fabrication of the PVDF sheets using compression moulding technique with addition of various amount of barium titanate (BT) particles, neat one and its modified analogue with short polymer chains of poly(butyl acrylate) using atom transfer radical polymerization (ATRP). These sheets were characterized using infrared spectroscopy and roentgen diffraction, followed by investigation of the calorimetric properties using differential scanning calorimetry and thermal properties using thermogravimetric analysis. Finally, the mechanical properties were investigated using tensile testing. Detailed characterized materials were poled and their electro-mechanical activity on the mechanical vibration was investigated and it was shown that modification of the BT particles has positive influence on the effectivity of prepared sheets.
Barium Titanate, Atom Transfer Radical Polymerization, Poly(vinylidene fluoride), composite, mechanical vibrations, d33 coefficient
Research Plan
Elektroaktivní polymerní fólie na bázi poly(vinyliden fluoridu) (PVDF) mají schopnost produkovat elektrické napětí pod vlivem mechanické deformace vyvolané specifickými vibracemi. Tyto materiály je možné modifikovat piezoaktivními plnivy, které schopnost této odezvy významně vylepší. Takto definované fólie je možné aplikovat bez dalšího zdroje elektrické energie a tyto jsou schopny zaznamenávat specifickou vibraci případně její změnu vlivem další vnější stimulace. Tyto materiály se dají efektivně použít pro kontrolu životnosti průmyslových zařízení, ale například i k monitorování živých organizmů, např. specifické chování zvířat (včelích kolonií).
Student se bude v rešeršní části zabývat přípravou modifikovaných polymerních fólií. Popíše různé typy materiálů, které jsou vhodné pro zaznamenávání vibrací. A zaměří se na materiály na bázi PVDF a keramických nanočástic. Dále popíše specifické vibrace, které produkují včelí kolonie v různých vývojových etapách.
V experimentální části připraví student polymerní fólie a kompozitní fólie na bázi PVDF. Tyto systémy bude charakterizovat pomocí různých termických metod, mechanických vlastností. Zhodnotí jak zpracovatelské techniky a přídavek plniva ovlivňují schopnost vytvářet elektroaktivní materiál. Nakonec provede hodnocení materiálu pomocí různých rozsahů mechanických vibrací a jejich schopnost reagovat na tyto specifické vibrace.
Research Plan
Elektroaktivní polymerní fólie na bázi poly(vinyliden fluoridu) (PVDF) mají schopnost produkovat elektrické napětí pod vlivem mechanické deformace vyvolané specifickými vibracemi. Tyto materiály je možné modifikovat piezoaktivními plnivy, které schopnost této odezvy významně vylepší. Takto definované fólie je možné aplikovat bez dalšího zdroje elektrické energie a tyto jsou schopny zaznamenávat specifickou vibraci případně její změnu vlivem další vnější stimulace. Tyto materiály se dají efektivně použít pro kontrolu životnosti průmyslových zařízení, ale například i k monitorování živých organizmů, např. specifické chování zvířat (včelích kolonií).
Student se bude v rešeršní části zabývat přípravou modifikovaných polymerních fólií. Popíše různé typy materiálů, které jsou vhodné pro zaznamenávání vibrací. A zaměří se na materiály na bázi PVDF a keramických nanočástic. Dále popíše specifické vibrace, které produkují včelí kolonie v různých vývojových etapách.
V experimentální části připraví student polymerní fólie a kompozitní fólie na bázi PVDF. Tyto systémy bude charakterizovat pomocí různých termických metod, mechanických vlastností. Zhodnotí jak zpracovatelské techniky a přídavek plniva ovlivňují schopnost vytvářet elektroaktivní materiál. Nakonec provede hodnocení materiálu pomocí různých rozsahů mechanických vibrací a jejich schopnost reagovat na tyto specifické vibrace.
TICHÝ, Jan et al. Fundamentals of piezoelectric sensorics: mechanical, dielectric, and thermodynamical properties of piezoelectric materials. Heidelberg: Springer, 2010. ISBN 978-3-540-43966-0.
LI, M., LIU, JZ., ZHENG, DZ., ZHENG, MS., ZHAO, Y., HU, MJ., YUE, GH., SHAN, GC., Enahnced dielectric permittivity and suppressed electrical conductivity in polyvinylidene fluoride nanocomposites filled with 4,4-oxydipheno-guncionalized graphene, Nanotechnology, 2019, vol. 30, art. no. 265705.
JIANG, LQ., XIE, HA., HOU, Y., WANG, S., XIA, YS., LI, Y., HU, GH., YANG, QL., XIONG, CX., GAO, ZDF., Enahnced piezoelectricity of a PVDF-based nanocomposite utilizing high-yield dispersions of exfoliated few-layer MoS2, Ceramics International, 2019, vol. 45, pp. 1134-11352.
TICHÝ, Jan et al. Fundamentals of piezoelectric sensorics: mechanical, dielectric, and thermodynamical properties of piezoelectric materials. Heidelberg: Springer, 2010. ISBN 978-3-540-43966-0.
LI, M., LIU, JZ., ZHENG, DZ., ZHENG, MS., ZHAO, Y., HU, MJ., YUE, GH., SHAN, GC., Enahnced dielectric permittivity and suppressed electrical conductivity in polyvinylidene fluoride nanocomposites filled with 4,4-oxydipheno-guncionalized graphene, Nanotechnology, 2019, vol. 30, art. no. 265705.
JIANG, LQ., XIE, HA., HOU, Y., WANG, S., XIA, YS., LI, Y., HU, GH., YANG, QL., XIONG, CX., GAO, ZDF., Enahnced piezoelectricity of a PVDF-based nanocomposite utilizing high-yield dispersions of exfoliated few-layer MoS2, Ceramics International, 2019, vol. 45, pp. 1134-11352.
