۲۳۷۱۷پ
per
بررسی ویژگیهای الکتروفیزیکی واریستورهای کامپوزیتی بر مبنای اکسیدروی - پلیاتیلن - نانو-لوله‌های کربن
Investigation of the electrophysical characteristics of composite varistors based on ZnO-PE-CNTs
/نسیم اسعدی
: فیزیک
، ۱۳۹۹
، عباسپور
۱۳۰ص
چاپی
دکتری
رشته فیزیک - حالت جامد
۱۳۹۹/۰۷/۱۶
تبریز
با پیشرفت فناوری، شبکههای برقی در سراسر جهان گسترده میشوند و استفاده از تجهیزات برقی به طور مداوم از صنایع سنگین گرفته تا زندگی روزمره در همه جا افزایش مییابد .در این میان یکی از خطراتی که مدارهای الکتریکی، تجهیزات الکتریکی و صنایع نیرو را تهدید میکند، افزایش ولتاژ گذرا است .واریستورها یا مقاومتهای وابسته به ولتاژ قطعاتی با مشخصات جریان - ولتاژ غیرخطی هستند که میتوانند صدمات موج ولتاژ گذرا را که تقریبا تمام محدوده برنامهها را تحت تأثیر قرار میدهد، بیاثر کنند .مقاومت الکتریکی آنها پس از آستانه ولتاژ شکست شدیدا کاهش مییابد .این قطعات بدون اینکه تخریب شوند، بارها و بارها عمل محافظت را انجام میدهند .در بین انواع واریستورها، واریستورهای کامپوزیتی به دلیل دارا بودن ضریب غیرخطی بالا، ولتاژ آستانه پایینتر و دمای سنتز پایین، بیشتر مورد توجه قرار میگیرند .واریستورهای کامپوزیتی از یک نیمرسانا مثلاکسیدروی و یک پلیمر رسانا) که مسئولیت رفتارهای غیرخطی را بر عهده دارد (و یک ماده گرمانرم تشکیل شده است .میتوان گفت که پلیمر رسانا همان نقش اکسید بیسموت را در واریستورهای سرامیکی ایفا میکند که در مرزهای بین دو دانه باقی مانده و با کاهش ارتفاع سد پتانسیل، فرآیند تونلزنی الکترونی را تسهیل میکند .همچنین، پلیمر رسانا مقاومت واریستور را کاهش میدهد و از این طریق جریان نشتی بیشتری را به دنبال دارد .برای به حداقل رساندن جریان نشتی و افزایش پایداری مکانیکی، لازم است مقدار کمی از مواد گرمانرم مانند پلیاتیلن را به مخلوط اضافه کرد .در این مطالعه واریستورهای کامپوزیتی بر پایه اکسیدروی نانولوله کربن با یک مسیر آمادهسازی ساده، یعنی روش پرس تک مرحلهای و همچنین دمای تهیه پایین، معرفی شدهاند .تمام نمونهها از اکسید- روی، نانولوله کربن و پلیاتیلن با چگالی بالا در دمای۱۳۰ درجه سانتیگراد و فشار۶۰ مگاپاسکال به روش پرس گرم ساخته شدند .به طور عملی، ابتدا اثر مقدار اکسیدروی روی ویژگیهای الکتروفیزیکی با تهیه۴ نمونه با مقادیر مختلف اکسیدروی و با نسبت ثابت نانولوله کربن و پلیاتیلن با چگالی بالا مورد بررسی قرار گرفت .نتایج نشان میدهد که وجود هر دو نوع ماده در مخلوط ضروری است و افزایش مقدار اکسیدروی باعث افزایش ولتاژ شکست میشود و بالاترین ضریب غیرخطی مربوط به نمونهای با۹۵ درصد اکسیدروی مطابقت دارد .از طرف دیگر، مطالعه حاضر نشان میدهد که افزایش مقدار نانولوله کربن در کامپوزیتها بر رفتار الکتریکی آنها تأثیر میگذارد به گونهای که نمونه با۱/۵ نانولوله کربن، بالاترین ضریب غیرخطی( )۱۳ را در بین چهار نمونه نشان میدهد .همچنین ثابت شده است که عملیات حرارتی در دمای۱۳۵ درجه سانتیگراد و فواصل زمانی مختلف از۲ ساعت تا۱۰ ساعت منجر به ولتاژهای شکست و ضرایب غیرخطی مختلف میشود.علاوه بر این، ارتفاع سد پتانسیل نمونهها نیز محاسبه و نتایج در مورد الگوهای پراش پرتو ایکس و تصاویرSEM نمونهها بررسی شده است .در گام بعدی، یک واریستور کامپوزیتی بر پایه اکسیدروی که در آن اکسیدروی به عنوان پرکننده و نانولولههای کربنی، پلیاتیلن با چگالی بالا و اکسیدقلع به عنوان افزودنی میباشند، برای ولتاژهای پایین معرفی شده است .نمونهها با استفاده از روش پرس گرم در فشار۶۰ مگاپاسکال و دمای۱۴۰ درجه سانتیگراد تهیه شدند .رفتار بهینه واریستور با استفاده از مقادیر مختلف اکسیدروی ارزیابی گردید .یافتهها حاکی از آن است که نمونه با۹۲ اکسیدروی دارای بالاترین ضریب غیرخطی( )۲۱ با ولتاژ شکست۳۰۰ ولت است .همچنین بررسی اثرات اکسیدقلع به عنوان ماده افزودنی نشان میدهد که با افزایش اکسیدقلع ولتاژ شکست، ضریب غیرخطی و ارتفاع سد پتانسیل به حداکثر میزان خود) به ترتیب ۲۲ ،۴۰۰و)۰/۶۳ افزایش یافته و سپس کاهش مییابد .علاوه بر این، رفتار وابسته به فرکانس نمونهها نشان میدهد که ثابت دیالکتریک با توجه به اثر ماکسول واگنر، در فرکانسهای کمتر از۱ کیلوهرتز به طور چشمگیری کاهش مییابد .ثابت دی- الکتریک در تمام نمونهها رفتار کاهشی پله مانند در محدوده فرکانس ۲۸۰۰- ۲۶۰۰ کیلوهرتز و مقدار حداکثری در محدوده فرکانس ۵۰۰۰- ۴۲۰۰ کیلوهرتز را نشان میدهد .وابستگی اتلاف دی- الکتریک به فرکانس بررسی شده است و تمام نتایج با توجه به تصاویر EDX ،SEMو الگوهای پراش پرتو ایکس قابل تعبیر و تفسیر میباشند
With the advent of technology, electrical networks are propagating all over the world and the usage of the electrical equipment is continuously increasing everywhere, from heavy industries to daily life. Transient voltage surges in electrical circuits are the most dangerous for electrical equipment and power utility. Varistors or voltage-dependent resistors are devices with highly nonlinear current-voltage (I-V) characteristics that can suppress transient voltage surges covering almost all application ranges. Their electrical resistance decreases sharply after the breakdown voltage threshold. These devices perform the protection action over and over again without being damaged and they act repeatedly without being destroyed. Among all types of varistors, composite varistors due to prossessing high nonlinear coefficient, lower threshold voltage, and low synthesis temperature are highly under cosideration. The composite varistors are mainly composed of a semiconductor such as ZnO, a conducting polymer
Investigation of the electrophysical characteristics of composite varistors based on ZnO-PE-CNTs
اسعدی، نسیم
Asaadi, Nasim
پرهیزکار، مجتبی، استاد راهنما
بیدادی، حسن، استاد راهنما
محمدی عارف، ساجده، استاد مشاور
غفوری، محمد، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
