بررسي ساخت و خواص كامپوزيت هاي PZT-PVDF به روش ريخته گري نواري

Tape casting and properties of PZT-PVDF composites

درطراحي مبدل‌ها براي كاربردهايي كه هردو عملكرد محرك و سنسور را دارند، كامپوزيت‌هاي پيزوسراميك-پليمر نقش كليدي را بازي مي‌كنند. در اين پژوهش، با استفاده از روش‌ ريخته‌گري نواري كامپوزيت هاي‌ PZT-PVDF با الگوي اتصال3-0 در كسرهاي حجمي 7/0- 15/0PZT شكل داده شده و با دو سرعت خشك كردن خشك شدند. مشخصات نمونه‌ها بااستفاده از SEM، 33dمتر و امپدانس آنالايزر مطالعه شد. با افزايش ويسكوزيته سوسپانسيون و استفاده از همزن مافوق صوت جهت پراكنده سازي ذرات PZT، كامپوزيتي بدون ته نشيني ذرات سراميك به دست آمد. تصاويرSEM كامپوزيت خشك شده با سرعت زياد، پراكندگي يكنواخت ذرات PZT در زمينه PVDF و براي كامپوزيت خشك شده با سرعت كم، جدايش بافترا نشان داد. اندازه گيري هاي ضريب بار پيزوالكتريك نشان دادكه افزايش درصد حجمي PZT و ايجاد جدايش بافت درون كامپوزيت هر دو منجر به افزايش مقدار 33d كامپوزيت مي شود و بيشينه مقدار آن در كامپوزيت داراي جدايش بافت با كسر حجمي سراميك 7/0 بدست آمد . اندازه گيري هاي ظرفيت خازني نيز نشان داد كه با افزايش كسر حجمي PZT ثابت دي الكتريك نسبي اين كامپوزيت ها افزايش مي يابد. بهينه مقدار ضريب ولتاژ پيزوالكتريك (33g) در كسر حجمي سراميك حدود 55/0 و بيشينه مقدار ضريب شايستگي (33FOM) در محدوده اندازه گيري شده دركسر حجمي سراميك7/0 به دست آمد.

In the design of transducers that have both applications in actuators and sensors, piezoceramic-polymer composites have important key roles. In this research, PZT-PVDF composites with 0-3 connectivity and volume fraction of PZT 0.15-0.7 were fabricated by tape casting process. The composites without sedimented ceramic particles were fabricated by increasing the suspension viscosity when an ultrasonic probe was used for dispersing PZT particles. Microstructure and characteristics of samples were studied by SEM, d33 meter and impedance analyzer respectively. SEM studies of composite dried at high drying rate showed homogenous dispersion of PZT particles in PVDF matrix and the microstructure those dried at lower drying rate was associated with texture segregation with ceramic rich areas. Piezoelectric charge coefficient measurements showed that increasing PZT content and the presence of texture segregation resulted in an increase in d33. A maximum for d33 was found at a volume fraction of 0.7 PZT in the segregated composites. By increasing the volume fraction of PZT, the dielectric constant of the composites were increased. An optimum for piezoelectric voltage coefficient (g33) and a maximum for figure of merit (FOM33) was obtained in volume fractions of ceramic v=0.55 and v=0.7 respectively.