Elektrické vlastnosti polymerních kompozitů s expandovaným grafitem
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Elektricky vodivé termoplastické kompozity z grafenových nanodestiček nebo prekurzorů grafenu jsou novými nadějnými funkčními materiály. Nanokompozity s grafenem byly připraveny zpracováním ve vsádkovém hnětači ze čtyř extruzních typů polyethylenu (PE) a expandovaného grafitu (EG). Možnosti zlepšení dispergace EG byly sledovány při zpracování kompozitu v přítomnosti různých kompatibilizátorů. Kompozity byly připraveny zpracováním v tavenině při 200 °C a 60 rpm po dobu 10 min. Měrná elektrická vodivost kompozitů byla stanovena měřením odporu nebo volt ampérovou charakteristikou. Morfologie kompozitu byla sledována pomocí rastrovací elektronové mikroskopie. V závislosti na typu PE a struktuře kompatibilizátoru je možné dosáhnout různé morfologie a vodivosti kompozitu, což vede k souladu s modely teorie perkolačního prahu nebo náhodného shluku resistorů Miller-Abrahamse. Významné redukce v perkolačním prahu bylo dosaženo v kompatibilizovaném vzorku ultra-nízkohustotního polyethylenu, kde perkolační práh nastal při 3,92 % obj.
Electrically conductive thermoplastic composites made from graphene nanoplatelets or graphene precursors are a promising branch of new functional materials. Graphene nanocomposites were prepared via processing in an internal mixer from four extrusion grade polyethylenes (PE) and expanded graphite (EG). As a method of possible improvement of EG dispersion, compounding in presence of various compatibilizers is examined. Melt compounding was performed for 10 min at 200 °C and 60 rpm. The electrical conductivity of compression-molded samples was determined from a current voltage characteristic or direct resistance measurement. Composite morphology was characterized by scanning electron microscopy. Depending on the PE matrix and compatibilizer structure, different electrical conductivities and morphologies were observed, which corresponded in agreement with either percolation theory or the random-resistor network of Miller and Abrahams models. Substantial reduction of percolation threshold was achieved in compatibilized ultra-low density polyethylene where percolation occurred at 3,92 % vol.
Electrically conductive thermoplastic composites made from graphene nanoplatelets or graphene precursors are a promising branch of new functional materials. Graphene nanocomposites were prepared via processing in an internal mixer from four extrusion grade polyethylenes (PE) and expanded graphite (EG). As a method of possible improvement of EG dispersion, compounding in presence of various compatibilizers is examined. Melt compounding was performed for 10 min at 200 °C and 60 rpm. The electrical conductivity of compression-molded samples was determined from a current voltage characteristic or direct resistance measurement. Composite morphology was characterized by scanning electron microscopy. Depending on the PE matrix and compatibilizer structure, different electrical conductivities and morphologies were observed, which corresponded in agreement with either percolation theory or the random-resistor network of Miller and Abrahams models. Substantial reduction of percolation threshold was achieved in compatibilized ultra-low density polyethylene where percolation occurred at 3,92 % vol.
Description
Citation
ŠIMONEK, M. Elektrické vlastnosti polymerních kompozitů s expandovaným grafitem [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Chemie, technologie a vlastnosti materiálů
Comittee
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Ing. Jiří Lerch (člen)
Date of acceptance
2022-05-31
Defence
Diplomant při přednesu velmi zajímavé prezentace na téma Elektrické vlastnosti polymerních kompozitů s expandovaným grafitem představil nejdříve cíle a motivaci své práce. Představil možnosti použití expandovaného grafitu a grafenu. Pokračoval popisem přípravy vzorků a jejich analýzou. Možnosti použití svých vzorků vysvětlil také na základě strukturní charakterizace kompatibilizátorů. Pro vysvětlení dosažených výsledků vysvětlil používané modely perkolačního prahu. Na závěr zhodnotil dosažené výsledky a ukázal možnosti použití zkoumaných materiálů. Po zakončení zdařilé prezentace přešel k otázkám oponenta:
1) V kap. 4.2 (str. 51) je diskutován možný negativní vliv EG na vodivost kompozitu PE/EG v důsledku nukleace. Jak by bylo možné tuto teorii ověřit?
2) V kapitole 4.3.2 a v závěru práce byl kompatibilizátor D vyhodnocen jako nejvhodnější pro dispergaci EG v PE matrici. Jakými konkrétními interakcemi s EG může být popisovaný pozitivní efekt způsoben?
3) V práci je zmíněno, že kompatibilizátory mohou ovlivnit reologické vlastnosti taveniny připravených kompozitů. Je možné uvedené tvrzení podpořit daty z přípravy vzorků v laboratorním mixéru? Mohou souviset případné změny v reologických vlastnostech se změnami v elektrické vodivosti kompozitů?
Po zodpovězení otázek oponenta položila komise následující dotazy:
1) Když vodivosti srovnáte s běžným plnivem jako jsou saze, jaké bude jejich porovnání?
2) Jaký nastává rychlostní profil při tažení a dochází ke změně vlastností?
3) Jaké by byly elektrické vlastnosti kdyby materiál nebyl kompaktní?
Na veškeré položené otázky reagoval student výborně a prokázal velmi hluboké znalosti dané problematiky.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení