Revista de Engenharia Elétrica e Tecnologia Eletrônica

Compósitos Cerâmicos-Polímeros Controlados por Nanoestrutura com Interface Melhorada

Douglas B. Chrisey

Os nanocompósitos cerâmicos poliméricos com uma estrutura de interface cuidadosamente concebida podem fornecer uma elevada densidade de energia (até 22 J/cm ³ ) necessária para a próxima geração de condensadores dielétricos para armazenamento de energia em larga escala. Preparámos uma matriz polimérica de tiol-eno a partir de uma mistura de monómeros de tiol e alceno utilizando um método de cura fotónica em larga escala. Os monómeros de Pentaeritritoltetrakis (3-mercaptopropionato), 2,4,6 Trialiloxi-1,3,5-triazina e 1,3-Diisopropenilbenzeno sofrem  reações de clique e polimerizam utilizando um processo mediado por radicais. Quando nanopartículas de titanato de bário de engenharia de superfície (~100 nm) são incorporadas na mistura de monómeros, estas partículas também clicam com os monómeros para formar um material nanocompósito.

As nanopartículas de titanato de bário são projetadas à superfície através de um processo de três etapas: hidroxilação, silanização e enxertia de monómero. Um silano com extremidade alceno (3-acriloxipropiltrimetoxissilano) é utilizado para a silanização e monómeros tiol são enxertados a partir das extremidades alceno. Os radicais durante a preparação dos nanocompósitos são formados pela ativação de monómeros tiol por intensos pulsos de luz de uma lâmpada flash de xénon, eliminando a necessidade de fotoiniciador na etapa final. Além disso, a composição dos materiais neste trabalho é projetada para corresponder à proporção estequiométrica das extremidades funcionais tiol e alceno. A ligação covalente formada na interface e a melhor dispersão resultante do efeito combinado do silano e do monómero enxertado resultam em nanocompósitos com propriedades melhoradas. Os nanocompósitos resultantes apresentam uma densidade de energia tão elevada como 22 J/cm ³  , mesmo com uma baixa carga de nanopartículas, enquanto a perda dielétrica é mantida abaixo de 0,2. Adaptar a estrutura da interface a um nível nanométrico para obter as propriedades desejadas é uma tarefa difícil. Pode ser ainda mais desafiante quando a adaptação deve ser feita em paralelo enquanto se preparam nanocompósitos em larga escala utilizando um método económico. O processo de cura fotónica utilizado neste trabalho é um método rápido, de alto rendimento e fácil de rolo para rolo. Este estudo fornece um caminho fácil para um método à escala industrial para a produção de nanocompósitos de alta densidade energética.