Síntese e caracterização de compósitos ferroelétricos à Base de Poli (fluoreto de vinilideno)/(Pb,La)(Zr,Ti)O3 e Poli (fluoreto de vinilideno)/BaTiO3

O Poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) é um polímero ferroelétrico que vem sendo intensamente estudado desde a descoberta de suas propriedades piezoelétricas no final da década de 60. Apesar de este polímero apresentar os maiores coeficientes piezo e piroelétrico dentre os polímeros ferroelétricos,...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2013
Main Author: Salmazzo, Gustavo Ruivo lattes
Orientador/a: Botero, Eriton Rodrigo lattes
Co-advisor: Falcão, Evaristo Alexandre lattes
Banca: Souza, Seila Rojas de lattes, Silva, Margarete Soares da lattes
Format: Dissertação
Language:por
Published: Universidade Federal da Grande Dourados
Programa: Programa de pós-graduação em Química
Department: Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia
Assuntos em Português:
Assuntos em Inglês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:http://repositorio.ufgd.edu.br/jspui/handle/prefix/883
Citação:SALMAZZO, Gustavo Ruivo. Síntese e caracterização de compósitos ferroelétricos à Base de Poli (fluoreto de vinilideno)/(Pb,La)(Zr,Ti)O3 e Poli (fluoreto de vinilideno)/BaTiO3. 2013. 94 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade Federal da Grande Dourados, Dourados, MS, 2013.
Resumo Português:O Poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) é um polímero ferroelétrico que vem sendo intensamente estudado desde a descoberta de suas propriedades piezoelétricas no final da década de 60. Apesar de este polímero apresentar os maiores coeficientes piezo e piroelétrico dentre os polímeros ferroelétricos, os baixos valores desses coeficientes em relação os demais materiais ferroelétricos, tanto na forma monocristalina quanto policristalina, restringem, em parte, suas aplicações. Cerâmicas ferroelétricas de titanato de bário (BT) e titanato zirconato de chumbo modificado com lantânio (PLZT), por sua vez, apresentam alta constante dielétrica e polarização remanescente, o que garante uma vasta aplicação em capacitores e dispositivos de memória. Contudo, é a baixa resistência mecânica destes materiais que limita suas aplicações. Desta forma, verifica-se que materiais convencionais, como cerâmicas e polímeros, em muitos casos não atendem todas as necessidades requeridas de determinadas aplicações. Neste contexto, o desenvolvimento de materiais compósitos ferroelétricos envolvendo cerâmicas e polímeros tem se tornado uma alternativa para contornar tais limitações. Com o objetivo de conjugar as propriedades piezo, piro e ferroelétrica das cerâmicas BT e PLZT com as propriedades mecânicas e elétricas do polímero PVDF, este trabalho propõe a síntese de compósitos ferroelétricos na forma de filmes, com potencial para aplicações em sensores, atuadores e transdutores, carregando as propriedades dessas duas classes de materiais. Os filmes de PVDF foram preparados a partir da dissolução do polímero em dimetilformamida e posterior tratamento térmico, em diferentes temperaturas, para remoção do solvente e cristalização do polímero. Para o preparo dos compósitos fez-se a dispersão da cerâmica na solução que continha o polímero dissolvido. Nos filmes de PVDF, verificou-se que o aumento da temperatura de cristalização resulta em filmes com menor porosidade e maior cristalinidade, mas, no entanto, com menor fração de fase β (fase ferroelétrica e desejada nesse trabalho para esse material). Enquanto que baixas temperaturas de cristalização resultaram em filmes porosos e com baixo grau de cristalinidade, mas com valores elevados de fração de fase β. Para os compósitos, verificou-se a existência de dois modos de alojamento das partículas cerâmicas na matriz polimérica. Em um caso as partículas cerâmicas estão preferencialmente incorporadas na matriz polimérica e no outro esse alojamento ocorre preferencialmente nos poros da matriz polimérica. Verificou-se que as propriedades cristalinas da fase matriz e elétricas dos compósitos tem grande dependência com o modo de alojamento das partículas cerâmicas no polímero. Sendo assim, uma nova forma de visualização das características desses materiais deve ser levada em consideração, e as propriedades, por sua vez, passaram a ser descritas não somente em termos da proporção de cerâmica/polímero, mas também em função do modo de acomodação dessas fases.
Resumo inglês:The poly(vinylidene fluoride) (PVDF) is a ferroelectric polymer that has been intensively studied since the discovery of their piezoelectric properties in the late 60s. Despite this polymer exhibit higher piezo and pyroelectric coefficients among all polymers, the low values of their coefficients over the other ferroelectric materials, even single-crystals or poly-crystals, limit their applications. Ferroelectric ceramics of barium titanate (BT) and lanthanum modified lead zirconate titanate (PLZT) have higher dielectric constant and spontaneous polarization, which ensures a wide application in capacitors and memory devices. However, low mechanical strength of these materials limits their applications. Thus, it appears that conventional materials such as ceramics and polymers in many cases do not meet the requirements for specific applications. In this context, development of composite materials has become an alternative to this deal. With the purpose of combine the properties piezo, pyro and ferroelectric of PLZT and BT ceramics and the mechanical and electrical properties of the PVDF polymer, this work proposes the synthesis of ferroelectric composites in the form of films, with potential applications in sensors, actuators and transducers, keeping the properties of these two classes of materials. The PVDF films were prepared by dissolving the polymer in dimethylformamide and subsequent heat treatment, at different temperatures, to solvent removal and crystallization of the polymer. The composites were prepared by dispersing the ceramic in a solution containing the dissolved polymer. In the PVDF films it was found that increasing the crystallization temperature results in films with less porosity and greater crystallinity, but, however, with smaller fraction of β phase (ferroelectric phase and this work desired for that material). While low crystallization temperatures resulted in porous films with a low degree of crystallinity, but with high values of β phase fraction. For composites, it was found the presence of two modes of accommodation of the ceramic particles in the polymer matrix. One case the ceramic powders are incorporated in the polymeric matrix, and the other case, the powder accommodation occurs preferentially at the pores of the polymer matrix. The crystalline properties of the polymeric matrix and electric properties of the composite have large dependence with the accommodation of the ceramics particles in the polymer. Therefore, a new form for visualization of the characteristics of these materials must be taken into account, and the properties, in turn, now are described not only in terms of the ratio of ceramic/polymer, but also by mode of accommodation of these phases.