سنتز و بررسي خواص پيزو الكتريك و آكوستيك PZT نانو ساختار خالص و آلائيده شده براي كاربرد در حسگر

نوع: Type: رساله

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: سنتز و بررسي خواص پيزو الكتريك و آكوستيك PZT نانو ساختار خالص و آلائيده شده براي كاربرد در حسگر

ارائه دهنده: Provider: فاطمه یوسفی - مهندسی مواد

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر حمید اصفهانی

اساتید مشاور: Advisory Professors: دکتر حمیدرضا کرمی

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر اکبر حیدر پور - دکتر مهدی کزازی - دکترحسن علم خواه

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 11 - 1403/6/18

مکان ارائه: Place of presentation: اتاق کنفرانس دانشکده مهندسی

چکیده: Abstract: امروزه حسگرهای صوتی نقش بسیار مهمی در تشخیص آسیب در سازه ها (SHM) پیش از وقوع تخریب دارند. علاوه بر این حسگرهای صوتی در توسعه برداشت کننده های انرژی صوتی (AEH) از منابع هدر رفت صدا مانند نویزها در ترافیک، ورزشگاه ها، ایستگاه قطار و ... نقش بسزایی دارند. با معرفی و توسعه مواد نانو ساختار بر پایه تیتانات زیرکونات سرب (PZT) این امر می تواند با بهره وری بیشتر انجام شود. در پژوهش حاضر در سه فاز؛ ۱- سنتز نانو ساختار‌های PZT خالص و آلائیده با Nb و Nd به روش الکترویسی و کلیسناسیون، ۲- رفتار آکوستیک داربست¬های منعطف پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) حاوی نانو ساختار‌ها و ۳- نقش مقدار نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری بر برداشت انرژی آکوستیک داربست-های منعطف PVDF، اهداف مذکور مورد بررسی قرار می گیرند. با آلایش Nb و Nd به¬طور انفرادی و هم‌زمان در ترکیب Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 الیاف صاف و بدون عیب با متوسط قطر الیاف 82 ± 292 نانومتر پس از الکتروریسی سنتز شدند. الیاف پس از کلسیناسیون به نانو ویسکر تغییر شکل یافتند. آلایش هم‌زمان Nb و Nd نه¬تنها منجر به افزایش نسبت l/d ویسکر شد، بلکه بیشترین بی¬نظمی ساختاری و ترکیب نزدیک به مرز مورفوترومپیک (MPB) که دلیل مشاهده بیشترین رفتار دی الکتریک (21642)، حساسیت پیزوالکتریک (mV/N 69/7) و مغناطیس (Oe 492) است، حاصل شد. همچنین مطالعات نشان داد که Nb تمایل به تشکیل PZT غنی از Zr (ساختار رومبوئدرال) و Nd تمایل به تشکیل PZT غنی از Ti (ساختار تتراگونال) دارد. در فاز دوم، به کمک روش الکتروریسی، نانو ساختار‌های خالص و آلائیده شده PZT در درون یا به صورت خوشه متصل به الیاف در داربست PVDF سنتز شدند. نتایج نشان داد که آلایش هم‌زمان Nb و Nd منجر به بیشترین افزایش فاز β (8/79 درصد) در ساختار PVDF شد که حساسیت پیزوالکتریک (mV/N 071/1) از آن منتج شد. با بررسی رفتار آکوستیک داربست ها شامل ضریب جذب صوت (α) و ضریب کاهش نویز (NRC)، مشخص شد که نانو ساختار‌های PZT آلائيده شده به طور هم‌زمان با Nb و Nd بیشترین اثر بر جذب صدا را دارند. از این رو در فاز سوم پژوهش از نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری (آلائیده شده با Nb و Nd به¬طور هم‌زمان) به‌عنوان نانو ژنراتور (PENG) در رفتار AEH داربست های منعطف بر پایه PVDF استفاده شد. با تغییر مقدار PENG (x برابر 5/2، 5 و 10 درصد وزنی) مورفولوژي الیاف تغییر یافت. در 5/2 x= توزیع همگن نانو ساختار‌ها درون الیاف مشاهده شد. همچنین بیشینه فاز β، حداکثر حساسیت پیزوالکتریک (V/N 95/1) و مغناطیس (Oe 750) و کمترین مقاومت سطحی (kΩ/sq 2/1) داربست در این مقدار مشاهده شد. بررسی نتایج فرایند برداشت انرژی آکوستیک نشان داد که بیشترین چگالی توان خروجی (W/g 0822/0) در فشار صوتی 90 دسی‌بل و فرکانس 2000 هرتز توسط داربست منعطف PVDF حاوی 5/2 درصد وزنی نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری (آلائیده شده با Nb و Nd به طور هم‌زمان) قابل استحصال است. با توجه به یافته های این پژوهش، می توان نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری را به عنوان یک عامل مؤثر در حسگر های صوتی و برداشت گر انرژي آکوستیک پیشنهاد کرد.

فایل: ّFile: دانلود فایل