Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 1 DIELEKTRYKI TADEUSZ HILCZER.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 1 DIELEKTRYKI TADEUSZ HILCZER."— Zapis prezentacji:

1 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 1 DIELEKTRYKI TADEUSZ HILCZER

2 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 2 Spektroskopia dielektryczna (przykłady)

3 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 3 polimer związek o molekułach o bardzo dużej masie molekularnej powstaje w wyniku łączenia małych molekuł (monomerów) homopolimer polimer zbudowany z jednakowych monomerów kopolimer polimer zbudowany z niejednakowych monomerów podział polimerów: polimer liniowy lub rozgałęziony (celuloza, polietylen) polimer płaski (grafit) polimer trójwymiarowy (diament) Polimery

4 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 4 Otrzymywanie polimerów: –polimeryzacja monomerów jednostka podstawowa w polimerze ma taki sam skład chemiczny jak monomer –polikondensacja związków wielofunkcyjnych jednostka podstawowa w polimerze ma nieco inny skład od substancji wyjściowej Polimery

5 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 5 Typowe polimery łańcuchowe H H H H H H H H | | | | | | | | - C - C - C - C - C – C - C = C | | | | | | | | H H H H H H H H polietylen etylen Polimery

6 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 6 H H H H Cl H H Cl | | | | | | | | - C - C - C - C - C – C - C = C | | | | | | | | H Cl H Cl H H H H polichlorek winylu chlorek winylu Polimery Typowe polimery łańcuchowe

7 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 7 Polimery Typowe polimery łańcuchowe H H H H Cl H | | | | | | | | - C - C - C - C - C – C - C = C | | | | | | | | H H H H H H polistyren styren

8 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 8 Polimery Rozgałęzienie długich łańcuchów H H H H Cl H H H H | | | | | | | | | - C - C - C - C - C – C - + H - C – C – C - | | | · | | | | | H H H H H H H H H rosnący łańcuch · H

9 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 9 Polimery Rozgałęzienie długich łańcuchów oderwanie atomu wodoru H H H H Cl H H H H | | | | | | | | | - C - C - C - C - C – C - + H - C – C – C - | | | · | | | | | H H H H H H H H H

10 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 10 Polimery Rozgałęzienie długich łańcuchów wzrost łańcucha bocznego H H H H Cl H H H H | | | | | | | | | - C - C - C - C - C – C - + H - C – C – C - | | | · | | | | | H H H H H H H H H H C H | H - C - H | H - C - H |

11 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 11 Polimery mają złożoną strukturę: –na poziomie molekularnym krótkozasięgowe uporządkowanie ~1 nm (kilka wiązań C-C) porządek w dużej skali ~20 nm (odległości początek-koniec łańcucha) Polimery 1 nm 20 nm

12 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 12 segmenty dipolowe i grupy końca łańcucha różne skale długości determinują dynamikę polimeru różnego rodzaju relaksacje (,,, ) widoczne w badaniach dielektrycznych *(T,w), w badaniach NMR oraz badaniach relaksacji mechanicznej Polimery

13 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 13 –na poziomie krystalicznym w polimerach semikrystalicznych (sferurity / fibryle) ~10 nm lamelle złożone z pogiętych łańcuchów są poprzekładane warstwami fazy amorficznej odpowiedź dielektryczna fazy amorficznej (ruchy segmentów łańcucha bez korelacji dalekiego zasięgu) + odpowiedź fazy krystalicznej (mody lokalne – współdziałanie łańcucha) ładunek przestrzenny w polimerach nie przewodzących gromadzi się na granicy krystalitów hamuje ruchy molekularne polimorfizm – różne konformacje upakowane w różny sposób różne procesy relaksacyjne Polimery

14 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 14 dielektryki E P piezoelektryki X, E P (brak centrum symetrii) piroelektryki T, X, E P, P s (oś polarna) ferroelektryki T, X, E P, P s (eksperyment) dielektryki piezoelektryki piroelektryki ferroelektryki Własności piezo-, piro- i ferroelektrycze dielektryków

15 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 15 Własności piezo-, piro- i ferroelektrycze kryształów każda molekuła ma własną polaryzację ułożenie, kształt, rodzaj atomów w monokrysztale osie biegunowe dipoli w jednym kierunku w polikrysztale osie biegunowe dipoli w różnych obszarach są w różnych kierunkach

16 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 16 Własności piezo-, piro- i ferroelektrycze polimerów własności piro- i piezoelektryczne wykazują: – izotropowe, niepolarne polimery z asymetrycznie zgromadzonym ładunkiem elektrycznym własności ferro-, piro- i piezoelektryczne wykazują: – konformacje trans polimerów z grupami polarnymi doczepionymi do głównego łańcucha PVDF, P(VDF/TrFE) – nylony z nieparzystą liczbą węgli

17 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 17 występowanie piezoelektryczności pierwszy zasugerował Coulomb bracia Jacques i Pierre Curie zaobserwowali generowanie ładunku elektrycznego pod wpływem przyłożonej siły zaproponowali nazwę piezoelektryczność Lippmann zasugerował prawdopodobieństwo istnienia zjawiska odwrotnego, co potwierdziły doświadczenia braci Curie Piezoelektryczność

18 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 18 makroskopowa deformacja przesunięcie względem siebie jonów dodatnich i ujemnych powstają ładunki na dwóch przeciwległych powierzchniach zmiana kierunku naprężenia zmienia znak różnicy potencjałów efekt jest odwracalny Piezoelektryczność ściskanie rozciąganie _ + _

19 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 19 przyłożenie pola elektrycznego pomiędzy przeciwległymi ścianami powoduje deformację zmiana znaku pola zmienia kierunek deformacji efekt jest odwracalny Piezoelektryczność pole E pole - E _ + _

20 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 20 wytwarzanie pola elektrycznego pod wpływem ogrzewania konieczny jest trwały moment dipolowy który zmienia się pod wpływem zmian temperatury podczas ogrzewania na końcach osi polarnej wytwarza się ładunek elektryczny o przeciwnym znaku Piroelektryczność T= 0 + T 0 _

21 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 21 E t dP/dt t t E P E P dielektryk liniowy ferroelektryk Ferroelektryczność

22 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 22 T TCTC Nieliniowa zależność przenikalności elektrycznej od temperatury Ferroelektryczność

23 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 23 E P pętla histerezy dielektrycznej Ferroelektryczność

24 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 24 napięcie elektryczne deformacja mechaniczna piezoelektryk S 1 =c 11 X 1 +d 31 E 3 D 3 =d 31 X E 3 deformacja mechaniczna napięcie elektryczne Własności piezoelektryczne dielektryków

25 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 25 zmiany temperatury zmiany polaryzacji piroelektryk P 3 = p 3 T Własności piroelektryczne dielektryków

26 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 26 rezonans piezoelektryczny i jego nieparzyste harmoniki Własności piezoelektryczne polimerów

27 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 27 v = Cm C F C H PVDF [-CH 2 -CF 2 -] n polifluorek winylidenu (polimer dipolowy - momenty dipolowe doczepione do łańcucha głównego) Polimer semikrystaliczny (stopień krystaliczności ~50%) Faza amorficzna Faza krystaliczna lamele ~ 10 nm PE [-CH 2 -CH 2 -] n polietylen (liniowy polimer niedipolowy) PVDF

28 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 28 ochładzanie stopionego PVDF polarna niepolarna polarna TTTGTTTG TGTG TTTT lekko skręcona (~7 o ) planarna 2 łańcuchy rozciaganie +polaryzowanie grzanie do ~430 K (konformacja ferroelektryczna) PVDF – faza krystaliczna różne konformacje

29 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 29 C-H C-F całk. konformacja polarna ferroelektryczna TTTT PVDF – faza krystaliczna

30 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 30 FEROELEKTRYK - FE PARAELEKTRYK - PE TT C TGTG TTTGTTTG +P s ~130mC/m 2 -P s PVDF – faza ferroelekryczna (TTT)

31 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) T [K] f [Hz] f [Hz] - odpowiedź charakterystyczna dla ruchów segmentów łańcucha - oraz silnie zależą od - max i T max rosną ze wzrostem - chaotyczne ruchy dipoli w fazie amorficznej - relaksacja charakterystyczna dla przemiany szklistej - brak korelacji dalekiego zasięgu 175K < T < 325 K PVDF – spektroskopia dielektryczna

32 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) T [K] f [Hz] f [Hz] - temperaturowa zależność czasu relaksacji ( równanie Vogela- Fulchera): T VF - temperatura w której czasy relaksacji są nieskończenie długie (zamrażanie) PVDF – spektroskopia dielektryczna

33 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) T [K] f [Hz] f [Hz] - odpowiedź charakterystyczna dla szerokokątowych ruchów momentów dipolowych 325K < T < 405K - relaksacja charakterystyczna dla fazy krystalicznej - oscylacje i rotacje dipoli ze współdziałaniem łańcucha głównego - max maleję ze wzrostem PVDF – spektroskopia dielektryczna

34 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) T [K] f [Hz] f [Hz] - temperaturowa zależność czasu relaksacji (równanie Arrheniusa): PVDF – spektroskopia dielektryczna

35 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) T [K] f [Hz] f [Hz] - odpowiedź charakterystyczna dla przemiany FE PE T=T C ~425K - anomalia dielektryczna - T max nie zależy od - ruchy prowadzące do zmiany konformacji TTTT w TGTG - max i max maleją ze wzrostem PVDF – spektroskopia dielektryczna

36 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) T [K] f [Hz] f [Hz] - temperaturową zależność w temperaturach T>T C (prawo Curie-Weisa): PVDF – spektroskopia dielektryczna

37 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 37 2.fazy krystalicznej Odpowiedź dielektryczna PVDF: 1.fazy amorficznej (odpowiedź nie arrheniusowska) anomalia dielektryczna związana z przemianą FE PE (punkt Curie) mod lokalny: szerokokątowe oscylacje momentów dipolowych przyczepionych do łańcucha głównego ze współdziałaniem łańcucha (odpowiedź arrheniusowska) PVDF – spektroskopia dielektryczna

38 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 38 (,T) częstości relaksacji / czasy relaksacji =1/ 175K < T < 325 K relaksacja charakterystyczna dla zamrażania ruchów dipoli bez korelacji dalekiego zasięgu równanie Vogela-Fulchera PVDF – relaksacja dielektryczna

39 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) K < T < 405K relaksacja charakterystyczna dla ruchów dipoli w fazie krystalicznej równanie Arrheniusa (,T) częstości relaksacji / czasy relaksacji =1/ PVDF – relaksacja dielektryczna

40 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 40 (,T) częstości relaksacji / czasy relaksacji =1/ PVDF – relaksacja dielektryczna

41 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 41 PVDF – dyspersja i absorpcja dielektryczna

42 Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 42 PVDF – wykres Cole-Cole


Pobierz ppt "Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny) 1 DIELEKTRYKI TADEUSZ HILCZER."

Podobne prezentacje


Reklamy Google