Kurşun içermeyen piezoelektrik özellikli elastomer nanokompozit

Abstract

Piezoelektrik özellikli elastomer kompozitler yüksek deformasyona uğrayabilme özelliklerinden dolayı önemli bir araştırma konusu olup piezoelektrik özellikli polimerlerin bir alt grubudur. Günümüzde kurşun içeren malzemelerin kullanımını insan sağlığı ve doğaya zararlarından ötürü azaltılması gerekmektedir. Bu nedenle kurşun içermeyen piezoelektrik malzemeler geliştirmeye ve uygulamalarına dönük çalışmalara daha fazla ihtiyaç bulunmaktadır. Sunulan tezde bahsedilen nedenden dolayı kurşun içermeyen ve tip 2 FKM kauçuk ile hazırlanan numuneler ile hem FKM kauçuğun piezoelektrik özelliği hem de vulkanizasyon ile polarizasyon koşullarının piezoelektrik özellik üzerine etkisi incelenmiştir. Piezoelektrik özelliğin tespiti dinamik kuvvet altında açık devre voltajı ölçümü ile gerçekleştirilmiştir. Vulkanizasyonun piezoelektrik özelliği düşürdüğü fakat hem vulkanize hem de ham kauçuğun uygun polarizasyon ile piezoelektrik özelliğinin arttırılabildiği tespit edilmiştir. Vulkanize kauçuk numunede en yüksek 20 V açık devre voltajı ölçülürken ham kauçukta 27 V olarak ölçülmüştür. Çalışmada ayrıca polarizasyon prosesinin hem vulkanize hem de ham kauçuklarda çapraz bağ oluşumu ile ilişkisi incelenmiş ve polarizasyon sırasında elektrik alanın uygulanan seviyelerde çapraz bağ oluşumuna önemli bir etkisi tespit edilmemiştir. Fakat polarizasyonun yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilmesi durumunda malzeme basınç altında yüksek sıcaklıkta beklerse uygun koşullar sağlandığı için bir miktar çapraz bağ oluşumu görülmektedir. Bu çalışmada üretilen FKM kauçuğun elastik özelliğin gerektiği piezoelektrik uygulamalarda kullanımı uygundur.

Piezoelectric elastomer composites are a subgroup of piezoelectric polymers. They can undergo large deformation, making them an important research topic for piezoelectric materials. Nowadays, the use of lead is decreasing due to its toxic effects on human health and the environment, which increases the importance of lead-free piezoelectric materials. In this study, both piezoelectricity of lead-free type 2 FKM rubber and the effects of vulcanization and polarization processes on its piezoelectricity have been studied. Piezoelectricity of the samples has been determined by measuring the open-circuit voltage of samples under dynamic load. It has been found that the vulcanization decreases the piezoelectric properties of the elastomer compound, but both vulcanized and unvulcanized samples can be polarized under proper conditions to increase piezoelectric properties. The maximum measured open-circuit voltage is 27 V for unvulcanized FKM, whereas it is 20 V for vulcanized FKM. The effect of polarization on the crosslinking density of vulcanized and unvulcanized rubber is also studied, but a significant relationship could not be found between crosslinking density of the samples and the applied electric field. However, if polarization takes place under high temperatures and under compression, crosslinking occurs. The prepared FKM rubber in the study can be used in some piezoelectric applications where elastic properties are required.