0-3 piezokompozit formundaki dokunsal sensörlerde aktif fazın morfolojisinin ve yönlenmesinin özeliklere etkisinin incelenmesi

Abstract

İnsan vücudundaki 5 adet ana duyu organı olan göz, kulak, burun, dil ve deri sırasıyla görme, duyma, koklama, tatma ve dokunma hislerini algılar. Dokunsal sensörler beş insan duyusundan birisi olan dokunma duyusunu taklit ederek cismin sertliğini, yüzey pürüzlülüğünü ve sıcaklığını algılar. Bu özelliği ile protez uzuvlar, robotlar ve sanal gerçeklik gibi alanlarda kullanılmaktadırlar. Dokunsal sensörler piezorezistif, kapasitif, piezoelektrik ve optoelektrik gibi farklı çalışma mekanizmalara sahip olabilirler. Bu çalışmada, polimer matris içerisinde dağıtılmış farklı morfolojilerdeki BaTiO3 aktif fazına sahip 0-3 bağlantı notasyonunda piezokompozit üretilmiştir. Üç aşamalı ergiyik tuz sentezi ile plakasal morfolojide anizometrik BaTiO3 tozlar, tek aşamalı ergiyik tuz sentezi ve katı hal reaksiyonu ile eşeksenli küresel morfolojide BaTiO3 tozlar sentezlenmiştir. Elde edilen tozlar hacimce %5, %10, %15, %20, %30 oranlarında polimer matris içerisinde karıştırılıp şerit döküm yöntemiyle cam üzerine "doctor blade" yardımıyla dökülmüştür. Döküm sonucunda 100 mikron kalınlıkta esnek 0-3 piezokompozitler elde edilmiştir. Üretilen tozların ve piezokompozitlerin X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskopu (SEM) teknikleriyle mikroyapı ve faz analizleri yapılmıştır. X-ışını kırınımı (XRD) analizi ile kullanılan tozların polimer matris içerisinde yönlenme miktarı "Lotgering Factor" ile hesaplanmıştır. Dielektrik ve ferroelektrik ölçümler ile elektriksel karakterizasyonları yapılıp yönlenmenin özelliklere etkisi incelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda plakasal morfolojide anizometrik BaTiO3 seramik tozu ile üretilen piezokompozitlerde yönlenme görülmüştür. Hacimce %5 BT şablon içeren piezokompozit 0.91 ile en yüksek yönlenme miktarına sahip olduğu anlaşılmıştır. Eşeksenli tozlar ile üretilen piezokompozitlerde yönlenme görülmemiştir.The five main sensory organs in the human body, namely the eyes, ears, nose, tongue and skin, perceive the senses of sight, hearing, smell, taste and touch, respectively. Tactile sensors imitate the sense of touch, one of the five human senses, and detect the hardness, surface roughness and temperature of the object. With this feature, they are used in areas such as prosthetic limbs, robots and virtual reality. Tactile sensors can have different working mechanisms such as piezoresistive, capacitive, piezoelectric and optoelectric. In this study, piezocomposites with 0-3 connection notation having BaTiO3 active phase with different morphologies distributed in polymer matrix were produced. Anisometric BaTiO3 powders in plate-like morphology were synthesized with three step molten salt synthesis, and BaTiO3 powders in equiaxed spherical morphology were synthesized with molten salt synthesis and solid state reaction. The obtained powders were mixed in polymer matrix at the ratios of 5%, 10%, 15%, 20%, 30% by volume and cast on glass with the help of "doctor blade" by tape casting method. As a result of casting, flexible 0-3 piezocomposites with 100 micron thickness were obtained. Microstructure and phase analyses of the produced powders and piezocomposites were performed using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) techniques. The amount of orientation of the powders used in the polymer matrix was calculated with the "Lotgering Factor" by X-ray diffraction (XRD) analysis. Electrical characterizations were performed with dielectric and ferroelectric measurements and the effect of orientation on the properties was investigated. As a result of the studies, orientation was observed in piezocomposites produced with anisometric BaTiO3 ceramic powder in plate morphology. It was understood that the piezocomposite containing 5% BT template by volume had the highest orientation amount with 0.91. No orientation was observed in piezocomposites produced with equiaxed powders.