|
|
Study of Nanocomposites for Electrical Insulation
Klampár, Marián ; Mentlík, Václav (oponent) ; Váry,, Michal (oponent) ; Liedermann, Karel (vedoucí práce)
The dissertation thesis submitted deals with the study of dielectric properties of epoxy nanocomposites containing nanoparticles of inorganic oxides. These nanocomposites may have a promising technologic application for electric insulations in view of their higher resistance against partial discharges; yet information about their behavior in the course of ageing is not available. If at least a partial mass replacement of the currently used epoxy insulation with nanocomposite-based insulations is due to occur, the knowledge of the changes of their dielectric properties in the course of their operation will become indispensable. Within the framework of this dissertation, ensembles of samples of epoxy resins without fillers and with Al2O3, WO3, TiO2 and SiO2 fillers in the form of nanopowders, in concentrations up to 12 wt %, have been prepared. These ensembles have been measured prior to ageing and exposed to long-time (up to 5000 hours) ageing at increased temperatures 200, 250 and 300 °C and in a few cases also at 330 and 360 °C. Samples were measured in the course of ageing roughly in a logarithmic time series after 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 and 5000 hours. The measured quantities included complex permittivity , internal resistivity i and loss factor tan at temperatures ranging from -153 °C to +167 °C and in the frequency range 10-2 – 106 Hz. Changes in nanocomposites have been investigated using not just dielectric spectroscopy measurements, but other methods, too, namely Fourier-transformed infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The experiments have proved that materials with different fillers respond to the same concentrations of various fillers in different ways. The addition of nanoparticles, without the addition of microparticles, at a relatively low concentration (max 12 wt %), was not sufficient for reaching fundamental changes in dielectric spectrum; only smaller changes of dielectric strength and shifts of relaxations and in relaxation maps have occurred. Out of more pronounced changes, increase of concentration of the SiO2 filler in the epoxy matrix brings about a decrease of electrical conductivity in the resulting nanocomposite. The TiO2 filler had a different impact. Different TiO2 concentrations make their marked appearance in the region between the relaxation and relaxation. The TiO2-filled nanocomposites do not exhibit the unambiguous dependence of electrical conductivity on nanofiller concentration. It can be concluded that the mere addition of nanoparticles, without the addition of established microparticles, does not change the dielectric spectrum substantially. Generally, a serious problem was the production of the nanocomposite with a uniform distribution of nanoparticles. The preparation of such a nanocomposite was not trivial and, in industrial applications, this issue will require a specific focus, so as to avoid the formation of undesirable aggregates. Within the framework of this research, a methodology for the production of an epoxy nanocomposite has been developed with as high as possible uniformity of nanoparticle distribution.
|
|
|
Dielektrické vlastnosti rostlinných olejů pro elektrotechniku
Spohner, Milan ; Mejzlík,, Miroslav (oponent) ; Mentlík, Václav (oponent) ; Liedermann, Karel (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá analýzou potenciálních ekologicky kompatibilních elektroizolačních kapalin pro elektrotechniku ve vztahu k jejich chemické struktuře. Disertace začíná přehledem současného stavu techniky a nejnovějších trendů v používání syntetických a biologicky odbouratelných přírodních olejů. V experimentální části byly studovány tyto oleje: minerální oleje, řepkový olej, slunečnicové oleje, sójový olej, methyloleát, arašídový olej, MCT olej, bavlníkový olej, ricinový olej, aj. Dielektrické vlastnosti byly měřeny pomocí LRC metru Agilent 4980A včetně dielektrického kapalinového zkušebního přípravku Agilent 16452A a také analyzátorem Novocontrol Alpha-A. Elektrické vlastnosti jsou uvedeny v kmitočtovém rozsahu 10 mHz – 1 MHz v teplotním intervalu 253 K až 363 K. Práce pokračuje studiem vhodnosti jednotlivých olejů pro nižší teploty, včetně vlivu chemické struktury a složení na elektrické vlastnosti.
|
|
|
Dielektrická spektroskopie karboxymetylcelulózy v časové oblasti
Palai-Dany, Tomáš ; Lelák, Jaroslav (oponent) ; Mentlík, Václav (oponent) ; Liedermann, Karel (vedoucí práce)
Práce se zabývá dielektrickou relaxační spektroskopií karboxymetylcelulózy v časové oblasti. V rámci experimentálních prací bylo navrženo a postupně dále vyvíjeno měřicí pracoviště umožňující záznam časového průběhu vybíjecích proudů dielektrik, jeho zpracování a analýzu. Předmětem měření byla karboxymetylcelulóza, což je jednoduchý polysacharid používaný v širokém spektru aplikací, mezi jiným i v biomedicínském inženýrství. Studium vlastností karboxymetylcelulózy si vyžádalo vytvoření vlastního experimentálního zařízení, v němž byly ošetřeny stabilizace vzorku před měřením, jeho nabíjení i vybíjení v definovaných časových intervalech, přepínání mezi jednotlivými režimy, záznam měření, úpravy a zpracování naměřených signálů až po Fourierovu transformaci do frekvenční oblasti. Frekvenční průběh komplexní permitivity či jeho imaginární část, získaný Fourierovou transformací průběhu vybíjecího proudu dielektrika v časové oblasti, se pak označuje jako dielektrické spektrum. Vzhledem k tomu, že měření probíhala na velice nízkých úrovních měřeného signálu (pod 10-12 A), nejednalo se o právě jednoduchou záležitost. V rámci práce tak bylo nutné studovat a řešit otázky zemnění, šumu a citlivosti k různým vnějším vlivům. Hlavním těžištěm práce je matematické zpracování šumu přítomného ve vybíjecím proudu, tedy operace s původními získanými signály v časové oblasti směřující v podstatě k číslicové filtraci zaznamenaných dielektrických dat. Na to navazujícím cílem práce je objasnit dielektrické parametry zkoumaného vzorku karboxymetylcelulózy v co nejširším spektru frekvencí. Nedílnou součást práce tvoří výběr a aplikace metody převodu upraveného signálu do frekvenční oblasti. Měření včetně experimentální části i zpracování měřených dat bylo provedeno na Ústavu fyziky FEKT VUT Brno. Pro účely měření byl používán elektrometr Keithley 617, měřicí most HP 4284A a kryogenický systém Janis CCS-400-204. Výsledky měření byly doplněny měřením provedeným na V. katedře experimentální fyziky Přírodovědecké fakulty University Augsburg.
|
|
|
Dielektrické vlastnosti rostlinných olejů pro elektrotechniku
Spohner, Milan ; Mejzlík,, Miroslav (oponent) ; Mentlík, Václav (oponent) ; Liedermann, Karel (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá analýzou potenciálních ekologicky kompatibilních elektroizolačních kapalin pro elektrotechniku ve vztahu k jejich chemické struktuře. Disertace začíná přehledem současného stavu techniky a nejnovějších trendů v používání syntetických a biologicky odbouratelných přírodních olejů. V experimentální části byly studovány tyto oleje: minerální oleje, řepkový olej, slunečnicové oleje, sójový olej, methyloleát, arašídový olej, MCT olej, bavlníkový olej, ricinový olej, aj. Dielektrické vlastnosti byly měřeny pomocí LRC metru Agilent 4980A včetně dielektrického kapalinového zkušebního přípravku Agilent 16452A a také analyzátorem Novocontrol Alpha-A. Elektrické vlastnosti jsou uvedeny v kmitočtovém rozsahu 10 mHz – 1 MHz v teplotním intervalu 253 K až 363 K. Práce pokračuje studiem vhodnosti jednotlivých olejů pro nižší teploty, včetně vlivu chemické struktury a složení na elektrické vlastnosti.
|
|
|
Study of Nanocomposites for Electrical Insulation
Klampár, Marián ; Mentlík, Václav (oponent) ; Váry,, Michal (oponent) ; Liedermann, Karel (vedoucí práce)
The dissertation thesis submitted deals with the study of dielectric properties of epoxy nanocomposites containing nanoparticles of inorganic oxides. These nanocomposites may have a promising technologic application for electric insulations in view of their higher resistance against partial discharges; yet information about their behavior in the course of ageing is not available. If at least a partial mass replacement of the currently used epoxy insulation with nanocomposite-based insulations is due to occur, the knowledge of the changes of their dielectric properties in the course of their operation will become indispensable. Within the framework of this dissertation, ensembles of samples of epoxy resins without fillers and with Al2O3, WO3, TiO2 and SiO2 fillers in the form of nanopowders, in concentrations up to 12 wt %, have been prepared. These ensembles have been measured prior to ageing and exposed to long-time (up to 5000 hours) ageing at increased temperatures 200, 250 and 300 °C and in a few cases also at 330 and 360 °C. Samples were measured in the course of ageing roughly in a logarithmic time series after 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 and 5000 hours. The measured quantities included complex permittivity , internal resistivity i and loss factor tan at temperatures ranging from -153 °C to +167 °C and in the frequency range 10-2 – 106 Hz. Changes in nanocomposites have been investigated using not just dielectric spectroscopy measurements, but other methods, too, namely Fourier-transformed infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The experiments have proved that materials with different fillers respond to the same concentrations of various fillers in different ways. The addition of nanoparticles, without the addition of microparticles, at a relatively low concentration (max 12 wt %), was not sufficient for reaching fundamental changes in dielectric spectrum; only smaller changes of dielectric strength and shifts of relaxations and in relaxation maps have occurred. Out of more pronounced changes, increase of concentration of the SiO2 filler in the epoxy matrix brings about a decrease of electrical conductivity in the resulting nanocomposite. The TiO2 filler had a different impact. Different TiO2 concentrations make their marked appearance in the region between the relaxation and relaxation. The TiO2-filled nanocomposites do not exhibit the unambiguous dependence of electrical conductivity on nanofiller concentration. It can be concluded that the mere addition of nanoparticles, without the addition of established microparticles, does not change the dielectric spectrum substantially. Generally, a serious problem was the production of the nanocomposite with a uniform distribution of nanoparticles. The preparation of such a nanocomposite was not trivial and, in industrial applications, this issue will require a specific focus, so as to avoid the formation of undesirable aggregates. Within the framework of this research, a methodology for the production of an epoxy nanocomposite has been developed with as high as possible uniformity of nanoparticle distribution.
|
|
|
Dielektrická spektroskopie karboxymetylcelulózy v časové oblasti
Palai-Dany, Tomáš ; Lelák, Jaroslav (oponent) ; Mentlík, Václav (oponent) ; Liedermann, Karel (vedoucí práce)
Práce se zabývá dielektrickou relaxační spektroskopií karboxymetylcelulózy v časové oblasti. V rámci experimentálních prací bylo navrženo a postupně dále vyvíjeno měřicí pracoviště umožňující záznam časového průběhu vybíjecích proudů dielektrik, jeho zpracování a analýzu. Předmětem měření byla karboxymetylcelulóza, což je jednoduchý polysacharid používaný v širokém spektru aplikací, mezi jiným i v biomedicínském inženýrství. Studium vlastností karboxymetylcelulózy si vyžádalo vytvoření vlastního experimentálního zařízení, v němž byly ošetřeny stabilizace vzorku před měřením, jeho nabíjení i vybíjení v definovaných časových intervalech, přepínání mezi jednotlivými režimy, záznam měření, úpravy a zpracování naměřených signálů až po Fourierovu transformaci do frekvenční oblasti. Frekvenční průběh komplexní permitivity či jeho imaginární část, získaný Fourierovou transformací průběhu vybíjecího proudu dielektrika v časové oblasti, se pak označuje jako dielektrické spektrum. Vzhledem k tomu, že měření probíhala na velice nízkých úrovních měřeného signálu (pod 10-12 A), nejednalo se o právě jednoduchou záležitost. V rámci práce tak bylo nutné studovat a řešit otázky zemnění, šumu a citlivosti k různým vnějším vlivům. Hlavním těžištěm práce je matematické zpracování šumu přítomného ve vybíjecím proudu, tedy operace s původními získanými signály v časové oblasti směřující v podstatě k číslicové filtraci zaznamenaných dielektrických dat. Na to navazujícím cílem práce je objasnit dielektrické parametry zkoumaného vzorku karboxymetylcelulózy v co nejširším spektru frekvencí. Nedílnou součást práce tvoří výběr a aplikace metody převodu upraveného signálu do frekvenční oblasti. Měření včetně experimentální části i zpracování měřených dat bylo provedeno na Ústavu fyziky FEKT VUT Brno. Pro účely měření byl používán elektrometr Keithley 617, měřicí most HP 4284A a kryogenický systém Janis CCS-400-204. Výsledky měření byly doplněny měřením provedeným na V. katedře experimentální fyziky Přírodovědecké fakulty University Augsburg.
|
|
|
Novel nanocomposite materials for power engineering
Boček, J. ; Matějka, Libor ; Mentlík, V.
The epoxy-POSS nanocomposites were prepared and their electrical/dielectric and thermomechanical properties were determined. The mono- and octa-epoxyfunctionalized POSS (POSS,E1 and POSS,E8) were covalently incorporated in the epoxy network matrix DGEBA- 3,3’-dimethyl-4,4’-diaminocyclohexylmethane (Laromin C260) as pendant units or as polyhedral junctions, respectively. While the POSS junctions are well dispersed in the hybrid network DGEBA-Laromin-POSS,E8, the pendant POSS aggregate to form large crystalline POSS domains.
|
host ::
RSS.