scholarly journals Polymer matrix composite nanodielectrics as compact capacitive energy storage systems

2019 ◽  
Author(s):  
Γεωργία Μανίκα
Keyword(s):  
Barium Strontium Titanate ◽  
Raman Laser ◽  
Laser Raman Spectroscopy ◽  
X Ray Diffraction ◽  
Scanning Calorimetry ◽  
Capacitive Energy Storage ◽  
X Ray ◽  
Laser Raman ◽  
Broadband Dielectric Spectroscopy ◽  
Barium Strontium

Στην παρούσα διατριβή παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν σύνθετα συστήματα εποξειδικής ρητίνης ενισχυμένα με διάφορους τύπους κεραμικών νανοσωματιδίων (BaTiO3, SrTiO3 και μίγμα Barium Strontium Titanate), μεταβαλλόμενης της συγκέντρωσης τους. Ο κύριος στόχος αυτής της μελέτης ήταν η διερεύνηση της ικανότητας των νανοσύνθετων υλικών να αποθηκεύουν και να ανακτούν ηλεκτρική ενέργεια σε DC συνθήκες. Η βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης τέτοιων υλικών (υλικά-διατάξεις) αποτελεί ένα σημαντικό θέμα το οποίο αξίζει να διερευνηθεί και η εφαρμοσιμότητα του είναι ιδιαιτέρως σημαντική στο πεδίο των ηλεκτρονικών συσκευών. Η παρουσία κεραμικών νανοεγκλεισμάτων ενισχύει σε κάθε περίπτωση την ενεργειακή απόδοση του εκάστοτε συστήματος, επιτυγχάνοντας την υψηλότερη τιμή του 69,41% για το 10phr SrTiO3 νανοσύνθετο στα 50V. Βρέθηκε ότι, σε όλες τις περιπτώσεις, η ενσωμάτωση των ημιαγώγιμων νανοεγκλεισμάτων βελτιώνει την ενεργειακή απόδοσή των νανοσύνθετων συστημάτων. Όμως, η βέλτιστη ενεργειακή απόδοση δεν συμπίπτει πάντοτε με το νανοσύνθετο με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση νανοεγκλεισμάτων. Η ενεργειακή απόδοση του κάθε συστήματος επηρεάζεται από αρκετές παραμέτρους, στις οποίες συμπεριλαμβάνονται το εφαρμοζόμενο DC πεδίο, η θερμοκρασία, ο τύπος και η συγκέντρωση των εγκλεισμάτων. Η τάση που δημιουργούσε το DC πεδίο μεταβαλλόταν από 10 έως 240V και οι μετρήσεις της αποθήκευσης και της ανάκτησης της ενέργειας διενεργήθηκαν σε ένα εύρος θερμοκρασιών από 30 έως 160οC. Ο υπολογισμός της αποθηκευόμενης και ανακτώμενης ενέργειας πραγματοποιήθηκε με την ολοκλήρωση των αντίστοιχων, χρονικά εξαρτώμενων, ρευμάτων. Για την αξιολόγηση της ενεργειακής συμπεριφοράς των εξεταζόμενων συστημάτων εισήχθη ο συντελεστής ενεργειακής απόδοσης (n_eff) ως ο λόγος της ανακτώμενης προς την αποθηκευόμενη ενέργειας. Με την αύξηση της θερμοκρασίας ο συντελεστής της ενεργειακής απόδοσης (n_eff) μειώνεται εκθετικά στην περίπτωση των νανοσύνθετων με BaTiO3 και BST καταδεικνύοντας έτσι την αύξηση των ρευμάτων διαρροής. Ο συντελεστής n_eff στα νανοσύνθετα με SrTiO3 ακολουθεί μία σιγμοειδή εξάρτηση από τη θερμοκρασία, συνεπώς φαίνεται ότι ο τύπος του νανοεγκλείσματος διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ενεργειακή συμπεριφορά των νανοσύνθετων συστημάτων. Επιπλέον, σε θερμοκρασίες υψηλότερες των 60οC η αύξηση των ρευμάτων διαρροής παίζει κυρίαρχο ρόλο και η τιμή του συντελεστή n_eff μειώνεται δραματικά. Ακόμη, πραγματοποιήθηκε ενεργειακή σύγκριση μεταξύ των διαφορετικών τύπων των νανοδιηλεκτρικών συστημάτων που εξετάστηκαν, ώστε να βρεθεί ποιο σύστημα παρουσιάζει τη βέλτιστη ενεργειακή συμπεριφορά. Τέλος, διενεργήθηκαν μελέτες ισχύος, οι οποίες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η πυκνότητα της ισχύος εξόδου λαμβάνει σχετικά υψηλές τιμές σε υψηλότερες θερμοκρασίες.Επιπρόσθετα, μελετήθηκε η AC και DC ειδική αγωγιμότητα ως συνάρτηση της θερμοκρασίας σε όλα τα νανοδιηλεκτρίκα συστήματα που μελετήθηκαν. Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία και στις δύο περιπτώσεις ακολουθεί την μορφή Arrhenius. Σε κάθε περίπτωση υπολογίστηκε η απαιτούμενη ενέργεια ενεργοποίησης (E_A) που χρειάζονται οι φορείς φορτίων ώστε να ξεπεράσουν τα φράγματα δυναμικού. Οι τιμές των ενεργειών ενεργοποίησης δεν ακολουθούν ένα συστηματικό μοτίβο, παρόλα αυτά η E_A λαμβάνει γενικά μεγαλύτερες τιμές σε DC συνθήκες από ότι σε AC. Σε DC συνθήκες οι φορείς φορτίου αναγκάζονται να μετακινούνται σε μεγαλύτερες αποστάσεις, υπερπηδώντας υψηλοτέρα φράγματα δυναμικού, λόγω της μονωτικής φύσης της πολυμερικής μήτρας. Αντίθετα, οι AC συνθήκες αντικατοπτρίζουν τα «μπροστά-πίσω» άλματα των φορέων φορτίων στις γειτονικές τοπικές θέσεις. Οι τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης εξαρτώνται από το κυρίαρχο είδος αλληλεπίδρασης ανάμεσα στα συστατικά του νανοσύνθετου (μακρομόρια-νανοσωματίδια ή νανοσωματίδια – νανοσωματίδια). Το είδος και η ποσότητα των νανοεγκλεισμάτων μαζί με άλλες παραμέτρους καθορίζουν κάθε φορά τον κυρίαρχο είδος αλληλεπιδράσεων. Η αγωγιμότητα τυχαίων αλμάτων “hopping conductivity” βρέθηκε να είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός αγωγής σε όλες τις περιπτώσεις, αφού, και στα τρία διαφορετικά νανοδιηλεκτρικά συστήματα που μελετήθηκαν, τα πειραματικά αποτελέσματα συμφωνούν με το μοντέλο Variable Range Hopping.Πριν την πραγματοποίηση της ενεργειακής μελέτης και της αντίστοιχης μελέτης σχετικά με την αγωγιμότητα, πραγματοποιήθηκε δομικός χαρακτηρισμός για τα μίκρο- και νάνοσωματίδια, με χρήση διάφορων τεχνικών (Φασματοσκοπία Raman- Laser Raman Spectroscopy (LRS), Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης- Differential Scanning Calorimetry (DSC), Περίθλαση Ακτινών Χ- X-Ray Diffraction(XRD), Διηλεκτρική Φασματοσκοπία Ευρέως Φάσματος- Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS)). Στην περίπτωση του BaTiO3 μελετήθηκε η μετάβαση από τη σιδηροηλεκτρική στην παραηλεκτρική φάση. Στα μικροσωματίδια BaTiO3 η κρίσιμη θερμοκρασία μετάβασης T_C εμφανίζεται περίπου στους 130οC. Στα νανοσωματίδια η μετάβαση αυτή φαίνεται να είναι περισσότερο πολύπλοκη, εξαιτίας του νάνο-μεγέθους των. Βρέθηκε ότι κάτω από την T_C συνυπάρχουν και οι δύο φάσεις. Επιπλέον, η μετάβαση από την σιδηροηλεκτρική στην παραηλεκτρική φάση προσδιορίστηκε μέσω της μεταβολής του (πλήρους εύρος στο μισό του μεγίστου (Full Width at Half Maximum) (FWHM) με τη θερμοκρασία στα φάσματα XRD. Η σχηματιζόμενη κορυφή στους 115οC υποδεικνύει αυτήν τη μετάβαση. Επιπρόσθετα, βρέθηκε ότι τα νανοσωματίδια SrTiO3 και BST είναι στην κυβική φάση. Πραγματοποιήθηκε επίσης ο δομικός και ο μορφολογικός χαρακτηρισμός (XRD και Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης-Scanning Electron Microscopy (SEM)) σε όλα τα νανοσύνθετα συστήματα. Οι εικόνες SEM και τα φάσματα XRD έδειξαν ικανοποιητική διασπορά των νανοσωματιδίων (με την συνύπαρξη νανοδιασπόρων και περιορισμένων σε αριθμό και μικρού συσσωματωμάτων) και επιτυχή ενσωμάτωση των νανοεγκλεισμάτων στην πολυμερική μήτρα. Η δομική μετάβαση από την τετραγωνική στην κυβική φάση των νανοσωματιδίων BaTiO3 ανιχνεύθηκε και στις δύο περιπτώσεις των BaTiO3 και BST νανοσύνθετων.Έπειτα από τον εκτενή μορφολογικό χαρακτηρισμό, εξετάστηκε η διηλεκτρική απόκριση σε όλα τα νανοδιηλεκτρικά συστήματα που κατασκευάστηκαν, μέσω της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας σάρωσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν την παρουσία τριών μηχανισμών χαλάρωσης, οι οποίες αναφέρονται στην: (α) μετάβαση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση της πολυμερικής μήτρας (α-mode), (β) επαναδιευθέτηση των πλευρικών πολικών ομάδων της κύριας αλυσίδας (β-mode), και (γ) διεπιφανειακή πόλωση μεταξύ των συστατικών των συστημάτων. Η AC ειδική αγωγιμότητα ακολουθεί τον αποκαλούμενο “AC universality law” (Παγκόσμιος νόμος της AC ειδικής αγωγιμότητας). Όλα τα νανοσύνθετα συστήματα εμφάνισαν βελτιωμένες διηλεκτρικές ιδιότητες, οι οποίες αποδίδονται κυρίως στην ημιαγώγιμη φύση των νανοεγκλεισμάτων και την εκτεταμένη διεπιφάνεια μεταξύ της πολυμερικής μήτρας και του ενισχυτικού μέσου.

scholarly journals On the Ferroelectric to Paraelectric Structural Transition of BaTiO3 Micro-/Nanoparticles and Their Epoxy Nanocomposites

Molecules ◽  
2020 ◽  
Vol 25 (11) ◽  
pp. 2686
Author(s):  
Georgia C. Manika ◽  
Konstantinos S. Andrikopoulos ◽  
Georgios C. Psarras
Keyword(s):  
Structural Transition ◽  
Ferroelectric Properties ◽  
Laser Raman Spectroscopy ◽  
Cubic Phase ◽  
X Ray Diffraction ◽  
Scanning Calorimetry ◽  
Laser Raman ◽  
Broadband Dielectric Spectroscopy ◽  
Ceramic Components ◽  
Direct Results

BaTiO3 is one of the most widely used ceramic components in capacitor formulation due to its exceptional ferroelectric properties. The structural transition from the ferroelectric tetragonal to the paraelectric cubic phase has been studied in both nano- and micro-BaTiO3 particles. Several experimental techniques were employed for characterization purposes (X-ray diffraction-XRD, laser Raman spectroscopy-LRS, differential scanning calorimetry-DSC and broadband dielectric spectroscopy-BDS). All gave evidence for the structural transition from the polar tetragonal to the non-polar cubic phase in both nano- and micro-BaTiO3 particles. Variation of Full Width at Half Maximum (FWHM) with temperature in XRD peaks was employed for the determination of the critical Curie temperature (Tc). In micro-BaTiO3 particles (Tc) lies close to 120 °C, while in nanoparticles the transition is complicated due to the influence of particles’ size. Below (Tc) both phases co-exist in nanoparticles. (Tc) was also determined via the temperature dependence of FWHM and found to be 115 °C. DSC, LRS and BDS provided direct results, indicating the transition in both nano- and micro-BaTiO3 particles. Finally, the 15 parts per hundred resin per weight (phr) BaTiO3/epoxy nanocomposite revealed also the transition through the peak formation at approximately 130 °C in the variation of FWHM with temperature. The present work introduces, for the first time, a qualitative tool for the determination and study of the ferroelectric to paraelectric structural transition in both nano- and micro-ferroelectric particles and in their nanocomposites. Moreover, its novelty lies on the effect of crystals’ size upon the ferroelectric to the paraelectric phase transition and its influence on physical properties of BaTiO3.

scholarly journals Effect of Graphene Oxide Concentration in Electrolyte on Corrosion Behavior of Electrodeposited Zn–Electrochemical Reduction Graphene Composite Coatings

Coatings ◽  
2019 ◽  
Vol 9 (11) ◽  
pp. 758 ◽  
Author(s):  
Yang ◽  
Zhang ◽  
Wang ◽  
Wang ◽  
Chen ◽  
...  
Keyword(s):  
Corrosion Behavior ◽  
Electrochemical Impedance ◽  
Composite Coatings ◽  
Laser Raman Spectroscopy ◽  
304 Stainless Steel ◽  
Sulfate Electrolyte ◽  
X Ray Diffraction ◽  
X Ray ◽  
Tafel Polarization ◽  
Laser Raman

Pure Zn and Zn–ERGO composite coatings were prepared by direct current electrodeposition on 304 stainless steel. Samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS), and laser Raman spectroscopy (Raman). Results obtained have shown that the concentration of GO sheets in zinc sulfate electrolyte has an important effect on the preferred crystal orientation and the surface morphology of Zn–ERGO composite coatings. A study of the corrosion behavior of the coatings by Tafel polarization and electrochemical impedance spectroscopic (EIS) methods leads to the conclusion that the Zn-1.0 g/L ERGO composite coating possesses the best corrosion resistance compared to the pure Zn coating and other composite coatings in this study.

Preparation and Characterization of Nanosized Barium-Strontium Titanate Immobilized on Aluminum Oxide and its Application in Separation of Cr(III) and Cr(VI)

2010 ◽  
Vol 152-153 ◽  
pp. 1013-1016
Author(s):  
Hong Wang ◽  
Jing Yang
Keyword(s):  
Aluminum Oxide ◽  
Strontium Titanate ◽  
Barium Strontium Titanate ◽  
Sol Gel ◽  
Complete Separation ◽  
X Ray Diffraction ◽  
X Ray ◽  
Ph Values ◽  
Barium Strontium

Nanometer barium-strontium titanate based coated aluminum oxide (ABST) was prepared by the sol–gel method and characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectrophotometry (FTIR). Its application in speciation of Cr(III) and Cr(VI) from water were studied. The results showed that the nanometer barium-strontium titanate was immobilized on aluminum oxide firmly, becoming a new adsorbent. Two forms of chromium showed different exchange capacities at different pH values, viz. Cr (III) selectively retained at pH 10–13, whereas Cr (VI) retained at pH 1. Hence complete separation of the two forms of chromium is possible. Retained species were eluted with 5mL of 1 mol•L−1 HCl and 1 mol•L−1 NaOH. The Cr(III) and Cr(VI) concentration was measured by atomic absorption spectroscopy. The adsorbent had a promising prospect in the separation of Cr(III) and Cr(VI) in environment water.

scholarly journals Study of the Layer-Type BST Thin Film with X-ray Diffraction and X-ray Photoelectron Spectroscopy

Materials ◽  
2022 ◽  
Vol 15 (2) ◽  
pp. 578
Author(s):  
Agata Lisińska-Czekaj ◽  
Dionizy Czekaj
Keyword(s):  
Thin Film ◽  
Thin Films ◽  
Strontium Titanate ◽  
Barium Strontium Titanate ◽  
Photoelectron Spectroscopy ◽  
Chemical Compositions ◽  
X Ray Diffraction ◽  
X Ray ◽  
Barium Strontium ◽  
Bst Thin Film

In the present paper, results of X-ray photoelectron studies of electroceramic thin films of barium strontium titanate, Ba1−xSrxTiO3 (BST), composition deposited on stainless-steel substrates are presented. The thin films were prepared by the sol-gel method. A spin-coating deposition of BST layers with different chemical compositions was utilized so the layer-type structure of (0-2) connectivity was formed. After the deposition, the thin-film samples were heated in air atmosphere at temperature T = 700 °C for 1 h. The surfaces of BST thin films subjected to thermal treatment were studied by X-ray diffraction. X-ray diffraction measurements confirmed the perovskite-type phase for all grown thin-film samples. The oxidation states of the elements were examined by the X-ray photoelectron spectroscopy method. X-ray photoelectron spectroscopy survey spectra as well as high-resolution spectra (photo-peaks) of the main metallic elements, such as Ti, Ba, and Sr, were compared for the layer-type structures, differing in the deposition sequence of the barium strontium titanate layers constituting the BST thin film.

Redox Reactions of Iron and Uranium Dioxide in Simulated Cement Pore Water Under Anoxic Conditions

2002 ◽  
Vol 757 ◽  
Author(s):  
Daqing Cui ◽  
Kastriot Spahiu ◽  
Paul Wersin
Keyword(s):  
Photoelectron Spectroscopy ◽  
Redox Reactions ◽  
Pore Fluid ◽  
Laser Raman Spectroscopy ◽  
X Ray Diffraction ◽  
Exchange Reactions ◽  
Anoxic Conditions ◽  
X Ray ◽  
Laser Raman ◽  
Corrosion Of Iron

Results on the chemical behavior of Fe(0) and UO2(s), as well as the interaction between fresh and corroded iron with U(VI) in simulated cement contacting alkaline solution are reported. Batch experiments were conducted under anoxic conditions at different alkalinities and salt concentrations to investigate: (a) the corrosion of iron foils (b) the U(VI) removal by fresh, aged and pre-treated (with FeS or Fe3O4 layers) iron surfaces in a simulated cement pore fluid, (c) the dissolution rates of newly reduced UO2.00 slices in simulated cement pore fluid and KOH solutions (pH 12.7) and (d) the isotope exchange reactions between dissolved 235U(VI) and 238UO2(s). The reacted iron and UO2(s) surfaces were analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy-energy dispersive spectra (SEM-EDS), laser Raman spectroscopy and X-ray photoelectron, spectroscopy (XPS).

Synthesis and characterization of a new trimetallic compound (NH4)Ni2.4Co0.6O(OH)(MoO4)2•1.5H2O

2014 ◽  
Vol 29 (4) ◽  
pp. 379-382 ◽  
Author(s):  
Sandra Amaya ◽  
Johana Arboleda ◽  
Adriana Echavarría
Keyword(s):  
Thermal Analysis ◽  
Laser Raman Spectroscopy ◽  
Synthesis And Characterization ◽  
X Ray Diffraction ◽  
Unit Cell Parameters ◽  
X Ray ◽  
Cell Parameters ◽  
Laser Raman ◽  
Fourier Transformed Infrared Spectroscopy

A new trimetallic compound with formula (NH4)Ni2.4Co0.6O(OH)(MoO4)2•1.5H2O was obtained by hydrothermal synthesis. The solid was characterized by X-ray diffraction, thermal analysis (thermogravimetric analysis and differential thermal analysis), Fourier-transformed infrared spectroscopy, Laser Raman spectroscopy, and chemical analysis by atomic absorption, confirming the formation of the layered phase ϕy. Crystallographic studies showed that the compound obtained is trigonal with hexagonal unit-cell parameters, a = 6.0468 ± 0.0016 Å and c = 21.8433 ± 0.0001 Å, and space group R-3m.

X-ray powder diffraction data for a new compound (NH4)H2Co2O(OH)(MoO4)1.6(WO4)0.4•H2O type ϕy

2018 ◽  
Vol 33 (4) ◽  
pp. 315-318 ◽  
Author(s):  
Adriana Echavarría ◽  
Sandra L. Amaya
Keyword(s):  
Raman Spectroscopy ◽  
Lamellar Structure ◽  
Laser Raman Spectroscopy ◽  
Powder Diffraction Data ◽  
X Ray Diffraction ◽  
Hexagonal Symmetry ◽  
X Ray ◽  
Laser Raman ◽  
Ir Laser ◽  
Ft Ir

A new trimetallic compound with formula (NH4)H2Co2O(OH)(MoO4)1.6(WO4)0.4•H2O and lamellar structure was prepared by hydrothermal synthesis. The solid was characterized using X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric (TGA) and differential thermal (DTA) analyses, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT–IR), laser Raman spectroscopy (LRS), and atomic absorption spectroscopy (AA). Crystallographic studies showed that the solid crystallizes with hexagonal symmetry in space group R-3 m with a = 6.0807 and c = 21.7591 Å.

Preparation of Graphene by Green Reduction Method and Characterization

2013 ◽  
Vol 807-809 ◽  
pp. 515-520 ◽  
Author(s):  
Dong Zhi Chen ◽  
Xue Mei Lin
Keyword(s):  
Electrical Conductivity ◽  
Graphene Oxide ◽  
Graphite Oxide ◽  
Laser Raman Spectroscopy ◽  
X Ray Diffraction ◽  
Ultrasonic Dispersion ◽  
Environment Friendly ◽  
X Ray ◽  
Laser Raman ◽  
Transmission Electron

Graphite oxide was prepared by Hummers method and got graphene oxide by ultrasonic dispersion in water, and using a cheap and environment-friendly fructose as reductant, graphene oxide could be reduced into graphene under mild condition. Meanwhile, the structure and morphology of obtained product was characterized and analyzed by testing methods such as Fourier transform Infrared spectroscopy, X-ray diffraction, Laser Raman spectroscopy, Transmission electron microscope and so on. In addition, the electrical conductivity of obtained graphene was determinated.The experimental results show that graphite oxide can be reduced by fructose under mild conditions and can get graphene with good structure and dispersibility. And the electrical conductivity of graphene prepared by the reduction of graphite oxide with fructose is 35.7 Scm-1, which has great improvement on conducting performance compared with graphite oxide. Moreover, It is non-toxic, non-polluting and friendly to the environment in preparation process of graphene, which lays the groundwork for mass production of graphene materials.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document