Dielectric Properties of GNPs@MgO/CuO@PVDF Composite Films

Abstract

In this study, it is aimed to develop dielectric materials with flexible structure and high capacitance value for flexible capacitors. For this purpose, CuO+MgO nanoparticles were first synthesized by precipitation reactions. Then, these particles were added together with graphene nanoplates into PVDF in different compositions to form a composite mixture. After this process, flexible composite films of 30 μm thickness were formed with doctor blade and phase inversion methods. In the characterization processes, it was determined that CuO+MgO particles were successfully produced with an average size of 282 nm. On the other hand, capacitance and dielectric constant values of composite films were measured with LCR meter and according to the results, the highest values were determined in GNPs@CuO+MgO@PVDF sample as 2.8 nF and 42.6 at 100 Hz frequency, respectively. As a result, it was concluded that the dielectric properties were significantly improved with the use of graphene and metal oxides together, and PVDF was very successful in terms of flexibility and binding role.

Özet

Bu çalışmada esnek yapılı kapasitörler için esnek yapılı ve kapasitans değeri yüksek dielektrik malzemelerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla ilk olarak çöktürme reaksiyonları ile CuO+MgO nanopartikülleri sentezlenmiştir. Daha sonra bu partiküller grafen nanoplakaları ile birlikte PVDF içine farklı kompozisyonlarda eklenerek kompozit karışımı oluşturulmuştur. Bu işlemin ardından doktor blade ve phase inversion yöntemleri ile esnek yapılı 30 um kalınlığında kompozit filmler oluşturulmuştur. Karakterizasyon işlemlerinde CuO+MgO partiküllerinin ortalama 282 nm boyutunda başarılı bir şekilde üretildiği tespit edilmiştir. Öte yandan kompozit filmlerin LCR metre ile kapasitans ve dielektrik sabiti değerleri ölçülmüş ve sonuçlara göre en yüksek değerler 100 Hz. frekansta sırasıyla 2,8 nF ve 42,6 olarak GNPs@CuO+MgO@PVDF numunesinde tespit edilmiştir. Sonuç olarak grafen ve metal oksitlerin birlikte kullanımı ile dielektrik özellikler önemli ölçüde geliştirildiği ve ayrıca PVDF’in esneklik ve bağlayıcılık rolü bakımından oldukça başarılı olduğu sonucuna varılmıştır.