Μελέτη Μηχανικών Και Ηλεκτρικών Ιδιοτήτων Νανοσύνθετων Υλικών Για Χρήση Ως Αισθητήρες Παραμόρφωσης Και Φθοράς

Abstract

Σκοπός αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη νανοσύνθετων πολυμερών όσον αφορά την ικανότητά τους να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες παραμόρφωσης ή φθοράς. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν νανοσύνθετα υλικά από πολυμερική μήτρα μη αγώγιμη στο ηλεκτρικό ρεύμα, όπως μεταλλοκένιο γραμμικό πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (mLLDPE), φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF) ή ελαστομερές στυρένιο-βουταδιένιο (SBR), με αγώγιμα νανοεγκλείσματα, όπως νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) ή αιθάλη (CB). Έτσι, υπό προϋποθέσεις, το προκύπτον υλικό είναι ηλεκτρικά αγώγιμο. Ο παραπάνω μηχανισμός αγωγιμότητας περιγράφεται κυρίως από τη θεωρία διαφυγής. Οι μετρήσεις που έγιναν αφορούν την παρακολούθηση των αλλαγών στην ηλεκτρική αντίσταση των δοκιμίων όταν αυτά επιμηκύνονται υπό μονοαξονικό εφελκυσμό. Έτσι κατά την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων ερευνάται κατά πόσο οι αλλαγές στην ηλεκτρική αντίσταση συμβαδίζουν με την εντατική κατάσταση του δοκιμίου έτσι ώστε αυτό να μπορέσει να ενεργήσει σαν αισθητήρας παραμόρφωσης ή φθοράς. Άλλες μετρήσεις που έγιναν ήταν μετρήσεις διηλεκτρικής φασματοσκοπίας (DRS), δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA), αλλά και λήψη εικόνων των δοκιμίων με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM). Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας έγινε μοντελοποίηση των αποτελεσμάτων αυτών για πιο πληρέστερη μελέτη των ιδιοτήτων των υλικών αυτών. Επιπλέον, αυτά τα μοντέλα εξετάζουν την επίδραση της ποσότητας του εγκλείσματος στις ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες των υλικών. Τέλος προτείνεται και ένα καινούριο μαθηματικό μοντέλο. Ως γενικό συμπέρασμα προκύπτει ότι τα υλικά που μελετήθηκαν έχουν κατάλληλη συμπεριφορά που τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν σαν αισθητήρες φθοράς ή παραμόρφωσης για την παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας μιας κατασκευής ή ενός εξαρτήματος σε ευρύ φάσμα παραμορφώσεων.