Perkolācijas un pjezorezistīvā efekta īpatnības poliizoprēna – nanostrukturēta oglekļa kompozītos

Promocijas darbs veltīts spiedienjutīgu dabīgās gumijas un nanostrukturēta oglekļa kompozītu (PINOK) fizikālo īpašību izpētei un viscaur superelastīga spiediena sensorelementa prototipa izstrādei. Darbā attīstīta un pielietota PINOK paraugu izgatavošanas tehnoloģija, elektrovadošo pildvielu disperģējot hloroforma šķīdumā ar ultraskaņu, kā arī izstrādāta oriģināla metodika PINOK elektriskās pretestības mērīšanai in-situ vulkanizācijas laikā. PINOK mehano-elektrisko īpašību mērīšanai tika modificēta Zwick/Roell z2.5 materiālu pārbaudes iekārta, kas tika papildus aprīkota ar instrumentiem plaša diapazona elektriskās pretestības automatizētai mērīšanai. Veicot PINOK elektriskās pretestības mērījumus in-situ vulkanizācijas laikā, tika uzskatāmi parādīts, ka PINOK elektriskā vadāmība parādās tieši vulkanizācijas procesa sākumdaļā. Lai iegūtu papildus informāciju, PINOK paraugiem ar dažādiem vulkanizācijas ilgumiem tika veikti elektriskās pamatpretestības un pjezorezistīvā efekta mērījumi, kā arī mikrostruktūras izpēte ar SEM. Noskaidrots, ka vulkanizācijas sākumā, kad jēlgumijas viskozitāte ir viszemākā, paaugstinātas temperatūras ietekmē notiek elektrovadošās pildvielas kinētiska aglomerācija un PINOK izveidojas sarežģīts elektrovadošs oglekļa daļiņu tīkls. Veicot elektriskās perkolācijas sliekšņu eksperimentālu noteikšanu un detalizētu izpēti PINOK ar dažādām elektrovadošajām pildvielām un dažādām to disperģēšanas metodēm, noskaidrots, ka disperģējot oglekļa kvēpus ar ultraskaņu, iespējams par 40 % pazemināt PINOK elektriskās perkolācijas slieksni. Tāpat noskaidrots, ka elektrovadošās pildvielas disperģēšana ar ultraskaņu ievērojami samazina oglekļa kvēpu struktūras sarežģītību, uzlabo to izkliedi kompozītā, kā arī palielina tuneļstrāvu relatīvo intensitāti. Balstoties uz literatūru, darbā izstrādāts un piedāvāts pozitīva pjezorezistīvā efekta matemātisks modelis, kas PINOK elektriskās pretestības pieaugumu paralēli spiedes spēka pielikšanas garenasij skaidro ar matricas pagarināšanos šķērsvirzienā, kas izraisa tuneļpāreju biezuma palielināšanos un elektrovadošo kanālu skaita izmaiņas. Modelis veiksmīgi izmantots, lai aprakstītu un izskaidrotu eksperimentālie iegūtos pozitīvos pjezorezistīvos efektus. Darba beigās izstrādāts, izgatavots un pētīts viscaur superelastīgs spiediena sensorelements, kas sastāv vienīgi no PINOK, par ko ir saņemts LV patents Nr. 14085 (pieteikts 10.12.2009)