University of Oulu

Keraami-polymeerikomposiitin mikroaalto-ominaisuuksien muokkaaminen lisäaineilla

Saved in:
Author: Pyykönen, Joonas1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Department of Electrical Engineering, Electrical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 29.7 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201405291611
Language: Finnish
Published: Oulu : J. Pyykönen, 2014
Publish Date: 2014-06-02
Physical Description: 57 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Juuti, Jari
Reviewer: Juuti, Jari
Teirikangas, Merja
Description:
Tässä työssä tutkittiin mahdollisuuksia parantaa PREPERM TP20066 keraami-polymeerikomposiitin dielektrisiä ominaisuuksia GHz-taajuusalueella pienillä määrillä lisäaineita. Työn tavoite oli kasvattaa keraami-polymeerikomposiitin suhteellista permittiivisyyttä kasvattamatta dielektrisiä häviöitä. Lisäaineina käytettiin nano-kokoluokan johtavia ja dielektrisiä partikkeleita, sekä mikro-kokoluokan johdehiutaleita. Työssä valmistettiin erilaisia näytesarjoja parhaiden yhdistelmien haarukoimiseksi. Ensimmäisessä näytesarjassa tutkittiin valitun materiaalin vaikutusta ja siinä valmistettiin 2 til.% eri nanolisäainetta sisältäviä keraami-polymeerikomposiitteja. Käytettyjä lisäaineita olivat: hopea, koboltti, bariumtitanaatti, titaanidioksidi, pii ja kuparioksidi. Nanolisäaineista merkittävin parannus komposiitin suhteellisen permittiivisyyteen saatiin lisäämällä hopeaa. Hopea lisäsi komposiitin suhteellista permittiivisyyttä 36 % dielektrisien häviöiden kasvaessa 780 % 1 GHz taajuudella. Toisessa näytesarjassa tutkittiin nanolisäaineiden vaikutusta täyteasteen funktiona keraami-polymeerikomposiittien suhteellisen permittiivisyyden käyttäytymiseen. Hopeasta, bariumtitanaatista ja titaanidioksidista valmistettiin lisäainetta sisältäviä komposiitteja eri täyteasteilla. Mittaustulosten sovittamiseksi Lichteneckerin, Maxwell-Garnettin ja differentiaalisen sekoitusyhtälöiden tuloksiin matriisin suhteellista permittiivisyyttä täytyi kasvattaa. Jokaisen nanolisäainetta sisältävän keraami-polymeerikomposiitin matriisin permittiivisyyttä korotettiin sovitukseen 0,4–0,6 yksikköä. Tämän ajatellaan johtuvan nano-kokoluokan partikkelien ja polymeerimatriisin välisistä dielektrisistä rajapinnoista. Kolmannessa näytesarjassa valmistettiin keraami-polymeerikomposiitteja, jotka sisälsivät 2 til.% mikro-kokoluokan johtavia hiutaleita. Käytettyjä johdehiutaleita oli: hopea, nikkeli ja grafiitti. Kaikki johdehiutaleet kasvattivat keraami-polymeerikomposiitin permittiivisyyttä noin 23 % ja hopeahiutaleilla dielektriset häviöt kasvoi noin 60 % 1 GHz taajuudella. Kolmen faasin nanolisäainetta sisältävät keraami-polymeerikomposiitit voivat olla tulevaisuudessa merkittävä lisä muiden dielektrisien materiaalien joukossa, jonka vahvuutena on sen polymeerille ominainen muokattavuus.
see all

In this thesis possibilities of tuning PREPERM TP20066 ceramic-polymer composite with small amounts of additive in GHz region was researched. Objective was to raise relative permittivity without raising dielectric losses. Additives used were nano-size conducting particles, nano-size dielectric particles and micro-size conducting flakes. In this thesis different series of samples were manufactured to trace best combinations. In first series of samples ceramic-polymer composites with 2 vol% nano additives were manufactured to research effects of chosen additives. Used additives were: silver, cobalt, barium titanate, titanium dioxide, silicon and copper oxide. The most significant raise of permittivity was achieved by adding silver to ceramic-polymer composite. With 2 vol% degree of filling silver ceramic-polymer composite relative permittivity rose 36% while dielectric losses rose 780 % at 1 GHz frequency. In second series of samples effect of nano additives as a degree of filling in ceramic-polymer composites to relative permittivity were researched. Ceramic-polymer composites with silver, barium titanate and titanium dioxide with different degree of filling were manufactured. Measured results were fitted to Lichtenecker, Maxwell-Garnett and differential mixing equations results and for every fit the permittivity of matrix had to be raised 0.4–0.6 units. This is thought to be result of dielectric interface between nano-size particles and polymer matrix. In third series of samples ceramic-polymer composites with micro-size conducting flake additives with 2 vol% degree of filling were also manufactured. Used conducting flakes were: silver, nickel and graphite. Every ceramic-polymer composites with 2 vol% degree of filling conducting flakes rose permittivity about 23 % and for silver flakes dielectric losses rose only 60 %. In future three phase ceramic-polymer composites with nano additives could be a significant addition among dielectric materials which strength would be characteristic mechanical flexibility of polymer.
see all

Subjects:
Copyright information: © Joonas Pyykönen, 2014. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.