A New Microwave Ceramic – Polymer Composite with 0-3 Connectivity

• Autorzy: Czekaj D. , Micior J. , Lisińska-Czekaj A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0037

Warianty tytułu

PL

Nowy kompozyt ceramiczno – polimerowy o sposobie łączenia faz 0-3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Goal of the present research was to fabricate and study two-phase BiNbO₄ //PVDF composites with 0-3 connectivity. Such composite consists of there-dimensionally connected polymer matrix loaded with dielectric ceramic particles. In the present case BiNbO₄ powder acted as an active phase (dispersed phase) whereas polyvinylidene fluoride (PVDF) acted as a non-active (passive) phase (matrix). BiNbO₄ //PVDF composites with the volume fraction of the ceramic phase cν =2, 4, 6, 8, 10, 16 and 20 vol. % were prepared. Average grain size of BiNbO₄ powder was =1.86 μm. It was found that BiNbO₄ powder exhibited orthorhombic symmetry with Pnna (52) space group and PVDF polymer powder was α-phase. Minimum of dielectric losses at room temperature were found within the frequency range Δν =10³ -10⁴ Hz. It was found that composite with c_v =10% of ceramic powder exhibited lower values of dielectric permittivity.

PL

Celem niniejszej pracy było wytworzenie i zbadanie wybranych właściwości kompozytu dwufazowego BiNbO₄ //PVDF o sposobie łączenia faz 0-3. Taki kompozyt zbudowany jest z trójwymiarowo połączonej osnowy polimerowej wypełnionej dielektrycznymi cząsteczkami ceramicznymi. W badanym kompozycie proszek BiNbO₄ pełnił rolę aktywnej fazy dielektrycz- nej (faza rozproszona), podczas gdy poli(fluorek winylidenu) (PVDF) pełnił rolę fazy nieaktywnej (osnowy). W toku pracy przygotowano kompozyty BiNbO₄/PVDF o zawartości fazy ceramicznej cν =2, 4. 6, 8. 10. 16 i 20% i średnim rozmiarze cząsteczek dyspergowanych =1.86 μm. Stwierdzono, że ceramika BiNbO₄ wykazuje symetrię rombową Pnna(52) nato- miast wykorzystany polimer krystalizował w fazie α. Badanie właściwości dielektrycznych w temperaturze pokojowej pozwoliło określić zakres częstotliwości Δν = 10³ -10⁴ Hz, którym występuje minimum strat dielektrycznych. Stwierdzono, że kompozyt zawierający c_v =10% proszku BiNbO₄ wykazuje najmniejsze wartości przenikalności elektrycznej.

Słowa kluczowe

EN

BiNbO4 ceramics; microwave ceramics; PVDF; ceramic-polymer composite; 0-3 connectivity; dielectric properties

PL

ceramika BiNbO4; kompozyt ceramiczno-polimerowy; PVDF; łączenie faz 0-3; właściwości dielektryczne

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 1
• Strony: 231--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Czekaj D.

• University of Silesia, Department of Materials Science, 2 Śnieżna Str., 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Micior J.

• University of Silesia, Department of Materials Science, 2 Śnieżna Str., 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Lisińska-Czekaj A.

• University of Silesia, Department of Materials Science, 2 Śnieżna Str., 41-200 Sosnowiec, Poland

Bibliografia

• [1] T.-T. Tao, L.-X. Wang, Q.-T. Zhang, Study on the composite and properties of Y2O3-TiO2 microwave dielectric ceramics, Journal of Alloys and Compounds 486, 606-609 (2009).
• [2] R.E. Newnham, D. P. Skinder, L. E. Cross, Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites, Materials Research Bulletin 13, 5, 325-336 (1978).
• [3] K. Osińska, M. Adamczyk, D. Czekaj, Technologiaiwłasciwosci dielektryczne kompozytów polimerowo-ceramicznych, Prace Komisji Nauk Ceramicznych-Polski Biuletyn Ceramiczny, Ceramika 101, 125-131 (2008).
• [4] A. Lisińska-Czekaj, D. Czekaj, Fabrication and study of BiNbO4 ceramics, Key Engineering Materials 512-515, 1212-1217 (2012).
• [5] M. Płońska, D. Czekaj, Studies of temperature and fabrication methods influence on structure and microstructure of BiNbO4 microwave electroceramics, Archives of Metallurgy and Materials 56, 4, 1169-1175 (2011).
• [6] K. Osińska, M. Adamczyk, M. Parcheniak, D. Czekaj, Fabrication and dielectric properties of 0-3 connectivity ceramic-polymer composites, Archives of Metallurgy and Materials 54, 4, 985-997 (2009).
• [7] E. Nogas-Cwikiel, Ceramics with tetragonal tungsten bronze type structure for textured ceramics-polymer composites, Ferroelectrics 418, 1, 28-33 (2011).
• [8] W. Yu, Z. Zhao, W. Zheng, Y. Song, B. Li, B. Long, Q. Jiang, Structural characteristics of poly(vinylidene fluoride)/ clay nanocomoposites, Materials Letters 62, 747-750 (2008).
• [9] MATCH! Version 2.1.2, CRYSTAL IMPACT, Postfach 1251, 53002 Bonn, Germany (URL: http://www.crystalimpact.com/match).
• [10] B. A. Boukamp, Electrochemical impedance spectroscopy in solid state ionics: recent advances, Solid State Ionics 169, 65-73 (2004).
• [11] A. Lisińska-Czekaj, Wielofunkcyjne materiały na osnowie tytanian bizmutu, Uniwersytet Slaski, Wydawnictwo Gnome, Katowice, 2012.
• [12] D. Czekaj, A. Lisińska-Czekaj, T. Orkisz, J. Orkisz, G. Smalarz, Impedance spectroscopic studies of sol-gel derived barium strontium titanate thin films: J.Europ.Ceram. Soc. 30, 465 (2010).
• [13] E. J. Abram, D. C. Sinclair, A. R. West, Astrategy for analysis and modeling of impedance spectroscopy data of electroceramics: Doped lantahanum gallate, Journal of Electroceramics 10, 165-177 (2003).
• [14] J. C. Ruiz-Morales, D. Marrero-Lopez, J. T. S. Irvine, P. Nunez, Anew alternative representation of impedance data using the derivative of the tangent of the phase angle. Application to the YSZsystem and composites, Materials Research Bulletin 39, 1299-1318 (2004).
• [15] D. Czekaj, A. Lisińska-Czekaj, M. Adamczyk, Influence of bismuth content on complex immittance characteristics of pressureless sintered BiNbO4 ceramics, submitted to, Archives of Metallurgy and Materials 59, 2014.

Uwagi

The present research has been supported by Polish National Science Centre (NCN) from the funds for science in 2011-2014 as a research project N N507 218540. Authors acknowledge Dr hab. M.Adamczyk for dielectric measurements.