ANALIZA CONDUCTIVITĂȚII ELECTRICE A NANOCOMPOZITELOR PVC-TIO2 PRIN SPECTROSCOPIE DIELECTRICĂ
Cuvinte cheie:
Nanocompozite TiO2, Specroscopie dielectrică, Conductivitate electricăRezumat
Conductivitatea electrică a policlorurii de vinil (PVC) și a nanocompozitelor pe bază de PVC și nanoparticule de TiO2 cu concentrația de 5% a fost analizată prin spectroscopie dielectrică în gama de frecvențe 10-2 – 106 Hz, pentru trei temperaturi diferite: 310, 320 și 340 K. Variația cu frecvența a părții imaginare a permitivității complexe a fost analizată folosind modelul Havriliak-Negami (HN). Influența temperaturii asupra acestei variații a fost utilizată pentru determinarea energiei de activare a purtătorilor de sarcină care participă la conducția electrică în materialele studiate. Variația cu frecvența a părții reale a conductivității complexe a fost de asemenea analizată, iar influența temperaturii asupra celor două componente ale conductivității, corespunzătoare curentului continuu (σDC) și alternativ (σAC), a fost discutată în lucrare. Rezultatele obținute evidențiază faptul că influența temperaturii asupra răspunsului dielectric, și, implicit, asupra conductivității electrice, este importantă mai ales la frecvențe reduse, de până la 102 Hz, atât pentru PVC cât și pentru nanocompozitele PVC-TiO2. Astfel, la frecvențe joase, din gama 10-2 – 102 Hz, se remarcă variații mari ale părții imaginare a permitivității complexe cu frecvența ceea ce indică o deplasare de purtători de sarcină prin materialul polimeric supus acțiunii câmpului electric. Creșterea temperaturii conduce la creșterea valorilor conductivității DC la frecvențe joase, precum și la creșterea frecvenței până la care se manifestă efectul unei conducții electrice practic independente de frecvență.
Referințe
(1) Cigré Study Committee SC 11, EG 11.02, Hydro generator failures – results of the survey, 2003.
(2) P. J. Tavner, L. Ran, J. Penman, H. G. Sedding, Condition Monitoring of Rotating Electrical Machines, The Institution of Engineering and Technology, London, 2008.
(3) M.M. Yaacob, L.Y. Sin, A. Aman,"A New Polyvinyl Chloride Cable Insulation Using Micro and Nano Filler Materials", Power Engineering and Optimization Conference (PEOCO), pp. 221-225, 2010.
(4) Nanodielectrics, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 15, pp. 1–242, 2008.
(5) T. Tanaka, “Dielectric Nanocomposites with Insulating Properties,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., Vol. 12, No. 5, pp. 914–928, 2005.
(6) T. Tanaka, G.C. Montanari, R. Mulhaupt, “Polymer nanocomposite as dielectrics and electrical insulation perspectives for processing technologies, material characterization and future applications”, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 11, pp. 763–784, 2004.
(7) T.J. Lewis, “Interfaces and nanodielectrics are synonymous”, Proc.IEEE Int. Conf. on Solid Dielectrics, Toulouse, France, pp. 792-795, 2004
(8) M. Roy, J.K. Nelson, C.W. Reed, R.K. MacCrone, R.J. Keefe, W. Zenger, L.S. Schadler, “Polymer nanocomposite dielectrics – the role of the interface”, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 12, pp. 629–642, 2005.
(9) F. Ciuprina, I. Plesa, “DC and AC conductivity of LDPE nanocomposites,” 2011 7th Intern. Sym. on Adv. Top. în Electr. Eng. (ATEE), pp. 1-6, Bucharest, 2011.
(10) F. Ciuprina, Ilona Plesa, P.V. Notingher, T. Tudorache, “Dielectric Properties of Nanodielectrics with Inorganic Fillers”, IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, pp. 682 - 685, Quebec, Canada, 2008.
(11) F. Ciuprina, L. Andrei, “Effects of Temperature and Nanoparticles on Dielectric Properties of PVC,” U.P.B. Sci. Bull., Ser. C, vol. 77, no. 4, 2015.
(12) WinFIT32, Owner’s Manual, Novocontrol Technologies, Issue 10, 2005.
(13) H. Chen, M. K. Hassan, S. K. Peddini, Kenneth A. Mauritz, “Macromolecular dynamics of sulfonated poly(styrene-b-ethylene-ran-butylene-b-styrene) block copolymers by broadband dielectric spectroscopy” Eur. Polym. J., vol. 47, no. 10, pp. 1936–1948, 2011.
(14) M. Eesaee, E. David, N. R. Demarquette, “Dielectric Relaxation Dynamics of Clay-Containing Low-Density polyethylene Blends and Nanocomposites,” Polymer Engineering and Science, pp. 1-11, 2020.
(15) J. C. Dyre, T. B. Schrøder, “Universality of ac conduction în disordered solids” Phys. Rev. Lett., vol. 84, no. 2, pp. 310–313, 2000.
(16) L. Dhivya, N. Janani, B. Palanivel, R. Murugan., “Li + transport properties of W substituted Li7La3Zr2O12 cubic lithium garnets,” AIP Advances, 3, vol. 082115, pp. 0–21, 2013.
(17) S. C. Tjong, Y. C. Li, R. K. Y. Li, “Frequency and temperature dependences of dielectric dispersion and electrical properties of polyvinylidene fluoride/expanded graphite composites,” J. Nanomater., vol. 2010, pp. 1–26, 2010.
(18) T. Liu, J. Fothergill, S. Dodd, U. Nilsson, “Dielectric spectroscopy measurements on very low loss crosslinked polyethylene power cables”, Journal of Physics, Conference Series 183, 2009.
(19) F. Kremer, A. Schönhals, "Broadband dielectric spectroscopy", Springer, Berlin, 2003.
(20) J.H. Ranicar, R.J. Fleming, C.A. Legge, “Electrical conductivity in Poly(vinyl Chloride)”, Aust. J. Phys., vol. 24, pp. 325-332, 1971.
(21) R. J. Fleming, J. H. Ranicar, “Electrical Conductivity in Poly(vinyl Chloride)”, Macromol. Sci.-Chem., vol. A4, no.5, pp. 1223-1237, 1970.
(22) A. Lupu, M. Giurgea, I. Baltog, P. Gluck, “Mechanism of dc Electrical Conductivity in Poly( Vinyl Chloride)”, Journal Of Polymer Science: Polymer Physics Edition vol. 12, pp. 2399-2407, 1974.
(23) J. Brunson, “Hopping Conductivity and Charge Transport in Low Density Polyethylene”, Ph.D. dissertation, Utah State University, Utah, 2010.
(24) J. Webster, “Hopping Conduction”, Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, John Wiley & Sons, Inc., 1999.
(25) A. K. Jonscher, "Dielectric Relaxation în Solids”, Chelsea Dielectric Press, London, 1983.
