چاپ سه بعدی نوری نانوکامپوزیت ذرات پیزوالکتریک بر پایه پلیمر

چاپ سه بعدی نوری نانوکامپوزیت ذرات پیزوالکتریک بر پایه پلیمر

1. مقدمه :                                                                                                                                   در این مقاله نشان داده میشود که میتوان با چاپ سه بعدی میتوان ذرات پیزوالکتریک کارآمدتری تولید شود . کامپوزیت های پیزوالکتریک ساخته شده با نانوذرات پیزوالکتریک 3 BaTiO یا BTO در محلول پلیمری نور فعال مانند پلی اتیلن گلیکول دی آکریلات تحت شرایط نوری تولید شد. 

   قابلیت تبدیل تنش های مکانیکی به الکتریسیته و برعکس از موضع های جذاب تحقیقات روز میباشد. از جمله کاربردهای مهم این خاصیت میتوان به بلندگوها (هدفون ، هندزفری و بلندگو..) همچنین سونوگرافی در زمینه پزشکی اشاره کرد . عموما از مواد شکننده مانند سرامیک ها در این مواد استفاده میشود مانند سرب زیرکونات تیتانات (PZT) که دارای بالاترین ضریب پیزوالکتریک شناخته شده است (d33>300pC/N) ؛مواد کامپوزیت دارای چندین قابلیت از جمله انعطاف پذیری برای ساخت قطعه های پیزو الکتریک هستند .

2. انواع روش های ساخت مواد پیزوالکتریک :

برای تولید مواد پیزوالکتریک میتوان از روش های لیتوگرافی نرم ، آسیاب یونی، الکتروریسی و چاپ دو بعدی بهره برد اما استفاده از این روش ها تکنیک های بسیار پیچیده ای دارد ؛ ولی با استفاده از روش چاپ سه بعدی میتوان انواع ساختارها و معماری پیچیده موائد را با استفاده از نرم افزار ها اجرا کرد .

1-چاپ سه بعدی نوری

در این مقاله که از روش (DDP) برای فوتوپلیمر کردن سوسپانسیون نانوذرات پیزوالکتریک به ساختار های دو بعدی یا سه بعدی در عرض چند ثانیه استفاده شده . در این روش نانوذره های پیزوالکتریک  برای اتصال به گروه های عاملی ماتریس پلیمری و نورپذیرشدن اصلاح سطح شیمایی شدند . پس از اتصال مستقیم نانوذرات پیزوالکتریک به ماتریس پلیمری یک کامپوزیت به دست آمده که انعطاف پذیری بالایی دارد و باعث افزایش بازده خواص پیزوالکتریک می شود . نمودار های قیفی شکل نشان میدهد که تنش مکانیکی افزایش قابل توجه خواص پیزوالکتریک به کریستال ها می دهد ؛ که در مقایسه با پر کننده های مثل نانو لوله های کربنی یا نانو لوله های کربنی به تنهایی بسیار بهتر میباشد .

3. تولید نانو کامپوزیت پیزوالکتریک

تمرکز اصلی بر روی مواد نانوکامپوزیت است ، ذرات نانوپیزوالکتریک داخل یک محلول پلیمری که با نور پخت میشود پراکنده میشود سپس با استفاده از الگوی پرتوی نور نانو کامپوزیت ساخته میشود که به شرح زیر است .

• سنتز نانوذرات BTO تیتانیوم بوت اکساید Ti(O(CH2)3CH3)4 با یک هیدروکسید فلز قلیایی در اینجا Ba(OH)2 در دمای 150 -300 درجه سلسیوس در یک اتوکلاو انجام شد قطر نانوذرات به دست آمده در حدود 85 نانومتر بود.

a : ساختار کلی سیستم DDP در چاپ سه بعدی b: تصویر نانوذرات سنتز شده c : ساختار نانوکامپوزیت ساخته شده

قرار گرفتن مخلوط در زیر نور باعث پیوند دوگانه کربن-کربن با ماتریس پلیمری میشود و یک شبکه پلیمری تشکیل میشود .

در این سیستم از آغاز گر 2،2-دی متوکسی -2-فنیل استوفنون استفاده شده که بر اثر تابش نور رادیکال های آزاد ایجاد میکند.

4.نتیجه گیری

همانگونه که قبلا گفته شد مواد پیزوالکتریک استفاده های گسترده ای در سونوگرافی و بلندگوها و.. دارند. بنابراین ساخت مواد انعطاف پذیر میتواند بسیار کمک کننده باشد و از آنجا که نیاز به ساختار های دقیق تر داریم به کمک چاپ سه بعدی میسر است .