Fabricação, caracterização e aplicações do compósito PZT/PVDF

Abstract

Um material compósito é constituído pela combinação de dois ou mais materiais, onde se procura sintetizar um novo material multifásico, e que abrigue as melhores características individuais de cada um de seus constituintes. Compósitos de polímeros (matriz) e ferroelétricos (inclusões) podem manifestar piezoeletricidade, ou seja, a produção de uma resposta elétrica devido a uma excitação mecânica, e vice-versa. Nesta tese o material polimérico usado para preparar os filmes ou lâminas de nanocompósitos é o PVDF, e, o material cerâmico é formado por nanopartículas de PZT. Ambos os materiais são dielétricos, porém, com características muito distintas (por exemplo, o PVDF tem aproximadamente 1/4 da densidade e 1/250 da constante dielétrica do PZT). O PZT é muito utilizado em transdutores, principalmente devido aos seus elevados coeficientes piezoelétricos, contudo, é quebradiço e sofre desgaste quando empregado na forma de filmes ou lâminas. Por outro lado, o PVDF é um polímero piezoelétrico que apresenta grande flexibilidade e excelentes resistências mecânica e química, porém, seus coeficientes piezoelétricos são apenas moderados. A fim de se aumentar a flexibilidade do PZT, mistura-se o pó cerâmico, na forma de nanopartículas, com o PVDF, também pulverizado. Na tese, evidencia-se que o compósito constituído por esta combinação cerâmica-polímero proporciona uma nova classe de materiais funcionais com grande potencial de aplicação, por terem combinadas a resistência e rigidez das cerâmicas, e, a elasticidade, flexibilidade, baixa densidade e elevada resistência a ruptura mecânica dos polímeros. O novo material tem grande resistência a choques mecânicos, flexibilidade, maleabilidade, e, principalmente, coeficientes piezoelétricos relativamente elevados. Amostras do compósito...

A composite material is constituted by the combination of two or more materials, which synthesizes a new multiphase material, and has the best individual characteristics of each of its constituents. Polymer composites (matrix) and ferroelectric (inclusions) can express piezoelectricity, i.e. the production of an electrical response due to a mechanical excitation, and vice versa. In this thesis the polymeric material used to prepare the films or slides of nanocomposites is the PVDF, and, ceramic material is formed by PZT nanoparticles. Both materials are dielectrics, however, with very different characteristics (for example, the PVDF is approximately 1/4 density and 1/250 relative permittivity from PZT). The PZT is widely used in transducers, mainly due to their high piezoelectric coefficients, however, is brittle and suffers wear and tear when employed in the form of films or slides. On the other hand, the PVDF is a piezoelectric polymer that offers great flexibility and excellent mechanical and chemical resistances, however, its piezoelectric coefficients are only moderate. In order to increase the flexibility of PZT, ceramic powder is mix, in the form of nanoparticles, with PVDF, also sprayed. In theory, it becomes evident that composite consisting of this ceramic- polymer combination delivers a new class of functional materials with great potential for application, because they combine the strength and rigidity of ceramics, and elasticity, flexibility, low density and high resistance to mechanical disruption of polymers. The new material has great resistance to mechanical shock, flexibility, suppleness, and, primarily, relatively high piezoelectric coefficients. PZT/PVDF composite samples were fabricated and characterized aiming to applications such as: piezoelectric actuators, acoustic emission detectors, and energy... (Complete abstract click electronic access below)