Physical properties of polyvinylidene fluoride nanofibers (PVDF NF) filled withnanoparticle filler for sensor application

Abstract

Polimer bazlı nanokompozitler son yıllarda üstün mekanik ve elektriksel özelliklerinden dolayı büyük ilgi görmüştür. PVDF, ?, ?, ? ve ? kristal fazları olarak bilinen dört kristal formda bulunan yarı kristal bir polimerdir. Ferroelektrik ve piezoelektrik özelliklerinin yanı sıra poliviniliden florür (PVDF) hafif, kolay işlenebilir ve esnek bir malzemedir. Diğer yapısal fazlara kıyasla yüksek oranda ? kristal fazı içerir, bu da ferroelektriklik ve piezoelektriklik nedeniyle kendiliğinden polarizasyonun nedenidir. PVDF'nin ?-fazı, mekanik germe, tavlama ve elektrik alanı kutuplaması gibi çeşitli yöntemlerle elde edilebilecek olağanüstü elektroaktif özelliklerden sorumludur. Çok sayıda çalışma, ?-fazının kil, baryum titanat, hidratlı iyonik tuz, gümüş nanopartiküller, karbon nanotüpler (CNT'ler), nanoteller, çinko oksit ve CNT'ler gibi nano dolgu maddelerinin eklenmesiyle geliştirilebileceğini göstermiştir. Nano dolgu maddeleri ayrıca PVDF'de bulunan dielektrik ve ferroelektrik özellikleri de geliştirebilir. PVDF'de nano dolgularla verimli bir şekilde ? fazı üretmek için, PVDF'yi nanofiber haline dönüştürerek elektriksel kutuplama ve mekanik germeyi birleştiren elektro eğirme tekniği kullanılmıştır. Bu tezde, PVDF NF'lerin yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile araştırılmış ve nanopartikül dolgulu PVDF nanofiberlerin dielektrik özellikleri 10 MHz-240GHz frekans aralığında çalışan bir LCR metre kullanılarak karakterize edilmiştir. PVDF nanolifleri-ferrit nanodoldurucu kompozitlerinin kapasitansının sıcaklığa bağımlılığı da araştırılmıştır. PVDF nanolifleri-ferrit nanodoldurucu kompozitleri, sertleşme sıcaklıklarının altında karakterize edildi ve sıcaklıkla kapasitans değişiminin güçlü frekans bağımlılığını gösterdi.Polymer-based nanocomposites have attracted a lot of interest because of their outstanding mechanical and electrical properties in recent years. PVDF is a semicrystalline polymer that exists in four crystal forms known as ?, ?, ? and ? crystal phases. In addition to its ferroelectric and piezoelectric properties, polyvinylidene fluoride (PVDF) is a lightweight, easily processed, and flexible material. It contains a high percentage of ? crystal phase compared to the other structural phases, which is the reason for spontaneous polarization due to ferroelectricity and piezoelectricity. The PVDF's ?-phase is responsible for remarkable electroactive properties that can be obtained by several methods such as mechanical stretching, annealing, and electric field poling. Numerous studies have demonstrated that the ?-phase can be improved by the addition of nano-fillers such as clay, barium titanate, a hydrated ionic salt, silver nanoparticles, carbon nanotubes (CNTs), nanowires, zinc oxide, and CNTs. Nanofillers could also enhance dielectric and ferroelectric properties that are being included in PVDF. In order to produce ? phase in PVDF with nano-fillers efficiently, electrospinning technique is used which combined electrical poling and mechanical stretching by converting PVDF into nanofiber. In this thesis, the surface morphology of the PVDF NFs was investigated by scanning electron microscope (SEM), and the dielectric properties of nanoparticlefilled PVDF nanofibers were characterized using an LCR meter operating in the 10 MHz-240GHz frequency range. Temperature dependence of Capacitance of PVDF nanofibers -ferrite nanofiller composites is also investigated. PVDF nanofibers-ferrite nanofiller composites were characterized below their curie temperature and showed strong frequency dependence of capacitance change with temperature.