Development of stretchable PZT-based elastic composite structures and their electromechanical characterization

Abstract

Bu tezde, ticari kurşun zirkonat titanat (PZT5A) ve 67.5 kurşun manganez niyobat - 32.5 kurşun titanat (67.5PMN-32.5PT) seramik tozları, poli-di-metil siloksan (PDMS) ve poliüretan (PU) ile birlikte kullanılarak esnek polimer matrisli seramik kompozit yapılar üretildi. Kompozitleri oluşturmanın arkasındaki ana fikir, insan vücudu veya karmaşık geometriler gibi düz olmayan yüzeylere uygulanamama ve numunelerin anında çatlaması gibi bulk piezo-seramiklerin zayıflıklarını ortadan kaldırmaktı. Dokunsal sensörler, vücut implantları, ultrasonik cihazlar gibi fütüristik çalışmalar için bilimsel bir öngörü olması amacıyla numunelere elektromekanik karakterizasyon yapıldı. Dielektrik sabiti, histerezis ile d33 katsayısı ve enerji hasadı performansları kaydedildi. Kompozitlerle elektromekanik davranışlarının karşılaştırılması adına bulk PMN-PT seramik peletler üretildi. Bu çalışmadan sonra, piezo-kompozitler için genel bir anlayışın, gelecek çalışmalar için bir kilometre taşı olacağına inanılmaktadır.

In this thesis, commercial lead zirconate titanate (PZT5A) and 67.5 lead manganese niobate - 32.5 lead titanate (67.5PMN-32.5PT) ceramic powders used with poly-di-methyl siloxane (PDMS) and polyurethane (PU) to fabricate flexible polymer matrix ceramic composite structures. The main idea behind constructing the composites was eliminating weaknesses of the bulk piezo-ceramics such as unavailability to apply on non-flat surfaces like human-body or intricate geometries and instant cracking of the samples. Electromechanical characterization was done on the samples to be a scientific foresight for further futuristic studies i.e., tactile sensors, body implants, ultrasonic devices, etc. Dielectric constant, hysteresis of the samples, d33 coefficient and energy harvesting performances were recorded. For the sake of the comparison of electromechanical behaviors of composites and bulk ceramics, PMN-PT ceramic pellets were produced. After this work, a general understanding of piezo-composites is believed to be a mile-stone for studies to come.