|
|
Study of Nanocomposites for Electrical Insulation
Klampár, Marián ; Mentlík, Václav (referee) ; Váry,, Michal (referee) ; Liedermann, Karel (advisor)
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.
|
|
|
The Crystallization Kinetics in Semicrystalline Nanocomposites
Fiore, Kateřina ; Kučera, Jaroslav (referee) ; Chodák,, Ivan (referee) ; Lesser, Alan (referee) ; Jančář, Josef (advisor)
Růst krystalů zásadně ovlivňuje morfologii a tím také mechanické vlastnosti semikrystalických polymerů. Tato PhD práce přináší alternativní pohled na popis kinetiky krystalizace v polyolefinech plněných slabě interagujícími částicemi. V nanokompozitních materiálech vysoký specifický povrch plniva i při nízkých plněních zásadně ovlivňuje dynamiku řetězců. V blízkosti povrchu plniva začíná hrát významnou roli zpomalená reptace způsobená jak vzájemnými interakcemi plnivo-polymer tak prostorovým omezením mezi nanočásticemi. Růst krystalů byl zkoumán pomocí polarizovaného optického mikroskopu vybaveného horkým stolkem. Výsledky byly korelovány s teoretickými modely a rozsáhlými počítačovými simulacemi na molekulární úrovni. Pozorovaný pokles rychlosti růstu sférolitů v závislosti na obsahu plniva a molekulové hmotnosti matrice je interpretován na základě imobilizační teorie, tedy, zpomalení reptačního pohybu.
|
|
|
Wound dressing nanofibers mats fabricated from nanocomposite material
Čileková, Marta ; Pavliňák,, David (referee) ; Abdellatif, Abdelmohsan (advisor)
Boli pripravené kryty rán na bázi prírodných látok polyvinyl alcohol/ hyaluronan/ strieborné nanočastice (PVA/ HA/ Ag-NPs). Hyaluronan bol použitý ako redukčné a stabilizačné činidlo pre syntézu nanočastíc striebra. Pri príprave Ag-NPs boli testované viaceré parametre ako koncentrácia dusičnanu strieborného ako zdroja Ag-NPs (0,01; 0,1;0,5;1 M), koncentrácia kyseliny hyalurónovej (1,2 %) a jej rozdielna molekulová hmotnosť. Kryty rán z nanovlákien boli pripravené pomocou techniky electro-spinning z roztokov líšiacich sa pomerom PVA a HA/Ag-NPs (100; 90/10; 80/20; 60/40; 50/50). Vlastnosti nanokompozitu HA/Ag-NPs boli hodnotené pomocou TEM, reológie, DLS, XRD, UV/Vis spektroskopie a kryty rán boli charakterizované pomocou SEM, TGA, FTIR a ťahovej skúšky.
|
|
|
Processing and Properties of 1D and 2D Boron Nitride Nanomaterials Reinforced Glass Composites
Saggar, Richa ; Cihlář, Jaroslav (referee) ; Tatarko, Peter (referee) ; Dlouhý, Ivo (advisor)
Glasses and ceramics offer several unique characteristics over polymers or metals. However, they suffer from a shortcoming due to their brittle nature, falling short in terms of fracture toughness and mechanical strength. The aim of this work is to reinforce borosilicate glass matrix with reinforcements to increase the fracture toughness and strength of the glass. Boron nitride nanomaterials, i.e. nanotubes and nanosheets have been used as possible reinforcements for the borosilicate glass matrix. The tasks of the thesis are many fold which include: 1. Reinforcement of commercially derived and morphologically different (bamboo like and cylinder like) boron nitride nanotubes in borosilicate glass with the concentration of 0 wt%, 2.5 wt% and 5 wt% by ball milling process. Same process was repeated with reinforcing cleaned boron nitride nanotubes (after acid purification) into the borosilicate glass with similar concentrations. 2. Production of boron nitride nanosheets using liquid exfoliation technique to produce high quality and high aspect ratio nanosheets. These boron nitride nanosheets were reinforced in the borosilicate glass matrix with concentrations of 0 wt%, 2.5 wt% and 5 wt% by ball milling process. The samples were consolidated using spark plasma sintering. These composites were studied in details in terms of material analysis like thermo-gravimetric analysis, detailed scanning electron microscopy and transmission electron microscopy for the quality of reinforcements etc.; microstructure analysis which include the detailed study of the composite powder samples, the densities of bulk composite samples etc; mechanical properties which include fracture toughness, flexural strength, micro-hardness, Young’s modulus etc. and; tribological properties like scratch resistance and wear resistance. Cleaning process of boron nitride nanotubes lead to reduction in the Fe content (present in boron nitride nanotubes during their production as a catalyst) by ~54%. This leads to an improvement of ~30% of fracture toughness measured by chevron notch technique for 5 wt% boron nitride nanotubes reinforced borosilicate glass. It also contributed to the improvement of scratch resistance by ~26% for the 5 wt% boron nitride nanotubes reinforced borosilicate glass matrix. On the other hand, boron nitride nanosheets were successfully produced using liquid exfoliation technique with average length was ~0.5 µm and thickness of the nanosheets was between 4-30 layers. It accounted to an improvement of ~45% for both fracture toughness and flexural strength by reinforcing 5 wt% of boron nitride nanosheets. The wear rates reduced by ~3 times while the coefficient of friction was reduced by ~23% for 5 wt% boron nitride nanosheets reinforcements. Resulting improvements in fracture toughness and flexural strength in the composite materials were observed due to high interfacial bonding between the boron nitride nanomaterials and borosilicate glass matrix resulting in efficient load transfer. Several toughening and strengthening mechanisms like crack bridging, crack deflection and significant pull-out were observed in the matrix. It was also observed that the 2D reinforcement served as more promising candidate for reinforcements compared to 1D reinforcements. It was due to several geometrical advantages like high surface area, rougher surface morphology, and better hindrance in two dimensions rather than just one dimension in nanotubes.
|
|
|
HSS milling cutters deposited by nanocomposite coatings
Ludvík, Radek ; Kolář, Ladislav (referee) ; Jaroš, Aleš (advisor)
This bachelor thesis deals with nanocomposite coatings deposited on cutting tools of high speed steel. The paper describes the fundamentals of milling, tools for milling and their division and clamping. Gradually, there are analyzed problems of high speed steels (their classification, marking, properties and uses, chemical composition and heat treatment). Then there is described the main characteristics of coating methods (division of coatings into generations, surface preparation before the coating and PVD and CVD methods). The last part of the thesis focuses on the properties of nanocomposite materials and to companies dealing with their application to the high-speed steel.
|
|
|
Surface analysis of xGnP/PEI nanocomposite
Červenka, Jiří ; Klapetek, Petr (referee) ; Čech, Vladimír (advisor)
Tato Diplomová práce se zabývá povrchovou analýzou nanokompozitní folie polyetherimidu (PEI) vyztuženého exfoliovanými grafitickými nanodestičkami (xGnP). Analyzovány byly take vzorky nevyztužené PEI folie a samostatné nanodestičky. Vzorky nanokompozitu a PEI folie byly plazmaticky leptány s využitím argonového plazmatu po dobu 1, 3 a 10 hod. Skenovací elektronová mikroskopie (SEM) byla použita pro charakterizaci samostatných nanodestiček rozptýlených na křemíkovém substrátu, původních či leptaných vzorků PEI folie a nanokompozitu. Nanodestičky byly identifikovány při povrchu leptané nanokompozitní folie. Mikroskopie atomárních sil (AFM) byla použita pro zobrazení povrchové topografie separovaných nanodestiček a odkrytých destiček při povrchu leptaného kompozitu. Povrchová drsnost (střední kvadratická hodnota, vzdálenost nejnižšího a nejvyššího bodu) leptaného nanokompozitu narůstala s prodlužující se dobou leptání. Akustická mikroskopie atomárních sil (AFAM) byla použita pro charakterizaci elastické anizotropie leptaných kompozitních vzorků. Nanoindentační měření umožnila charakterizaci lokálních mechanických vlastností PEI a nanokompozitních folií.
|
|
|
Investigation of nanomaterials for their nuclear power and research utilization
Jelínek, Martin ; ČEZ,, Jiří Skalička, (referee) ; Katovský, Karel (advisor)
This bachelor thesis provides a comprehensive overview of the properties of various nanomaterials and summarizes the latest findings and knowledge of advanced applications in all sectors of nuclear power engineering from construction materials through nuclear fuel, fuel cladding, neutron moderator and coolant to the advanced methods for detection of ionizing radiation ad its direct utilization for electricity production. A significant space is devoted to the applications in safety systems of nuclear power plants. The experimental part of the thesis deals with the possibility of using carbon nanofibers as an additive to the coolant in VVER reactor type in order to improve the thermal properties of the coolant. So far a very little examined issues of neutron balance changes due to interaction with nanoparticles was experimentally verified on the paraffin wax mixture of two different concentrations. The comparison with the reference sample of pure paraffin was also made.
|
|
|
Modification of Biodegradable Polyurethanes by Biologically Active Substances
Kupka, Vojtěch ; Khunová, Viera (referee) ; Pekař, Miloslav (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Předkládaná dizertační práce se zabývá novým způsobem přípravy biodegradabilních polyuretanů (PU) a jejich modifikací biologicky aktivními celulózovými nanokrystaly. Literární rešerše se zaměřuje na bioresorbovatelné PU v tkáňovém inženýrství. Shrnuje příklady těchto PU elastomerů, skafoldů (nosičů buněk) i injektovatelných PU společně se způsoby biodegradace na netoxické produkty. Poslední část je zaměřena na nanocelulózu, která si získala pozornost díky svým pozoruhodným fyzikálním (velký specifický povrch, mechanické vlastnosti) a biologickým (biokompatibilita, biodegradabilita a nízká toxicita) vlastnostem jako materiál pro biomedicínu. V experimentální části byly charakterizovány amfifilní biodegradovatelné polyuretanové filmy (bio-PU) syntetizované bez použití rozpouštědla polyadiční reakcí z hydrofilního poly(ethylenglykolu) (PEG) a hydrofobního poly(e-kaprolaktonu) (PCL) jako makrodiolů společně s hexamethylen diizokyanátem. Připravené bio-PU filmy byly charakterizovány pro různé poměry jak mezi PEG/PCL, tak i mezi NCO/OH reagujícími skupinami (izokyanátový poměr). Bio-PU filmy projevily markantní nárůst mechanických vlastností při hmotnostním poměru PEG/PCL rovnému nebo menšímu než 20/80 díky vzniku krystalických domén PCL. Přítomnost PEGu zvyšovala schopnost bio-PU filmu absorbovat vodu i urychlila jeho hydrolytickou degradaci. Oproti tomu nižší absorpční schopnost a delší čas hydrolytické degradace materiálu způsobil vyšší izokyanátový poměr, a tedy i vyšší síťová hustota. Třetí část práce se zabývá přípravou polyuretanových nanokompozitů unikátní metodou bez použití rozpouštědla za využití bio-PU matrice a celulózových nanokrystalů buď nemodifikovaných, nebo povrchově roubovaných PEGem. Strukturní analýza prokázala, že přítomnost tyčinkovitých nanočástic způsobuje imobilizaci polymerních segmentů, v důsledku čehož se zvýšila tuhost a křehkost materiálu. Nastavením vhodného poměru mezi PEG/PCL, množstvím izokyanátu, či přídavkem modifikovaného nanoplniva může být bio-PU materiál "ušit na míru" s vhodnými mechanickými (houževnatost, tažnost) a fyzikálními (botnání, degradace) vlastnostmi. Díky přípravě bez použití rozpouštědla by mohly být připravené materiály využity v regenerativní medicíně např. jako cévní štěpy.
|
|
|
Energy dispersive X-ray spectroscopy of doped PVDF fibers
Smejkalová, Tereza ; Papež, Nikola (referee) ; Sobola, Dinara (advisor)
Tato diplomová práce zkoumá flexibilní materiál k produkci elektřiny založený na piezoelektrickém polymeru Polyvinylidenfluorid (PVDF). Inkorporací piezoaktivní keramiky lze vlastnosti piezoelektrického polymeru PVDF významně zlepšit a převést na užitečnou elektrickou energii. PVDF byl vytvořen elektrostatickým zvlákňováním do vláken o tloušťce 1,5-0,3 µm a poté studován různými analytickými metodami. Tato práce nabízí popis elektrostatického zvlákňování, přípravu vzorků a teoretický úvod do analytických metod, kterým byly vzorky podrobeny. Morfologie a distribuce nanostrukturované keramiky do polymerní matrice PVDF byla pozorována použitím skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a energiově disperzní spektroskopie (EDX). Pro tvorbu fáze a podrobné fázové složení byly vzorky charakterizovány infračervenou spektroskopií s Fourierovou transformací (FTIR). Práce také obsahuje analýzu s použitím Ramanovy spektroskopie, metody používané k identifikaci a porovnání chemických sloučenin. Elektrické vlastnosti byly studovány dielektrickou spektroskopií a je poskytnuta korelace se složením. Jednotlivé komponenty dotovaných vláken jsou charakterizovány a vyhodnocovány v souvislosti s jejich budoucím využitím v senzorech.
|
|
|
Monitoring properties of nanocomposites on base epoxy
Libra, Miroslav ; Rozsívalová, Zdenka (referee) ; Polsterová, Helena (advisor)
The present thesis deals with the study of nanotechnology in the field of composite materials (nanocomposites). Furthermore, the production, composition and electrical properties of these materials. Samples for the experiment are made of epoxy resin as matrix and titanium dioxide TiO2 as fillers with different benefits. Are the measurements the temperature dependence of permittivity, loss factor and internal resistivity.
|
guest ::
