Autor prezentacji: dr inż. Jacek Fal
Seminarium było poświęcone omówieniu własności nanokompozytów oraz nanocieczy pod kątem przewodnictwa elektrycznego. Temat ten stanowił przedmiot rozprawy doktorskiej Pana Doktora Fala. Wyniki zostały opracowane na podstawie pomiarów wykonanych za pomocą aparatury będącej na wyposażeniu Politechniki Rzeszowskiej.
Na wstępie omówiono cel i zakres badań. Wymienione zostały wykorzystane materiały oraz metody stosowane w pracy. Pan Dr omówił najważniejsze własności badanych materiałów, dokonując podziału na nanokompozyty oraz nanociecze. Nanokompozyty polimerowe są rodzajem kompozytów, w których co najmniej jeden składnik ma wymiar nanometryczny. Podczas prezentacji uwzględniony został podział materiałów ze względu na obecność dwóch faz: ciągłej i rozproszonej. Omówiono zastosowania nanokompozytów m. in. jako sensorów, osłon, czy układów magazynujących energię. W przypadku nanocieczy podany został podział ze względu na rodzaj cieczy bazowej oraz użytą zawiesinę. Zastosowania nanocieczy wiążą się z systemami wymiany ciepła, znajdują zastosowania w biomedycynie, ochronie środowiska oraz przemyśle wydobywczym.
Jednym z zagadnień rozważanych w pracy było określenie wpływu nanocząstek na właściwości elektryczne nanokompozytów. W tym celu badany był współczynnik konduktywności prądu płynącego przez materiał. Omówione zostały kryteria doboru nanocieczy wykorzystanych do badań. W rezultacie do pomiarów wybrano 19 materiałów spośród tlenków, azotków, krzemianów, bentonitów i pochodnych węgla. Jako cieczy podstawowej użyto glikolu etylenowego. Za pomocą metody dwustopniowej, na którą składało się mieszanie mechaniczne oraz wykorzystanie ultradźwięków, uzyskano zawiesinę o dużym stopniu homogeniczności. Omówiona została technika mieszania mechanicznego z wykorzystaniem wysokotemperaturowej wytłaczarki, jak również metoda obróbki granulatu i formowania próbek nanokompozytów w postaci gotowej do badań. Zaprezentowano schemat stanowiska pomiarowego wykorzystywanego do pomiaru przewodnictwa elektrycznego oraz właściwości dielektrycznych wraz z pomiarem przewodnictwa zmiennoprądowego.
W wyniku pomiarów uzyskano wykresy konduktywności względnej (w stosunku do czystej cieczy bazowej) w zależności od zawartości nanocząstek dla różnych związków. Wyniki przedyskutowano pod kątem stopnia wzrostu przewodności oraz możliwości praktycznego zastosowania. Dzięki temu możliwe było zawężenie szczegółowych badań do kilku wybranych materiałów. Uzyskane zostały zależności konduktywności względnej od zawartości nanocząstek i temperatury, a wykresy przedstawiono w postaci trójwymiarowej. Wykazano, iż po przekroczeniu pewnej koncentracji nanocząstek (ok. 10%) konduktywność w materiale znacznie rośnie. Szczególnie silną zależność konduktywności od zawartości nanocząstek wykazuje mieszanina grafitu i diamentu. Wzrost temperatury powyżej określonej wartości także wpływa na wzrost przewodnictwa nanocieczy.
Podczas prezentacji omówiono wyniki pomiarów zależności konduktywności od częstotliwości dla przewodnictwa zmiennoprądowego. Dzięki analizie pomiarów wyznaczono wartości przewodnictwa oraz potwierdzono wyniki uzyskane wcześniej dla przewodnictwa stałoprądowego. Zaprezentowano przykładowe obrazy mikroskopowe wytworzonych nanokompozytów, zwrócono uwagę na powierzchnię kruchego przełomu oraz stopień przezierności wykonanych materiałów. W wyniku pracy uzupełniono dane eksperymentalne dla materiałów wcześniej nie badanych. Wykazano, iż określenie konduktywności może stanowić kryterium doboru rodzaju napełniacza. Dzięki możliwości wytwarzania nanokompozytów, możliwe jest ich projektowanie pod kątem pożądanych właściwościach elektrycznych.
W podsumowaniu dr Fal przedstawił listę publikacji, w których zawarte są wyniki badań omówionych podczas Seminarium.
