Development of flexible nanocomposites with high dielectric permitivitty using pvdf based polymers and ncbcto perovskite

The objective of this thesis was to produce polymer/perovskite based composites to be used as supercapacitors; the composites were made by incorporating an specified type of perovskite (Na1/3Ca1/3Bi1/3Cu3Ti4O12, NCBCTO) with high real dielectric permittivity (~104) (“high k”) in polyvinylidene difluoride (PVDF) and in poly(vinylidene fluoride-co-trifluoro ethylene), P(VDF-co-TrFE). NCBCTO was synthetized by three routes: solid state solution reaction (SSS), combustion synthesis (SCS) and polymer precursor synthesis (PPS). The influence of each synthesis in the final characteristics of the perovskite were also evaluated. Phase purity, particle size and dielectric properties were measured. These analyses allowed to choose the SSS route as the one to produce the perovskite to be incorporated to the polymer matrix. Also, multi walled carbon nanotubes (MWCNT) were incorporated to some samples to promote an easier polarizability and avoid losses. PVDF is a semi-crystalline thermoplastic with different polymorphic phases, each phase having different dielectric properties. Therefore, the influence of the amount of each phase in the final dielectric permittivity was studied. The composites were prepared by casting solution using dimethylformamide (DMF) as solvent. At the end of this process, flexible films were obtained. It was observed that the NCBCTO influences the nucleation of the α, β and γ phases in PVDF. The β phase was the highest in all the samples with NCBCTO; this behavior was attributed to the restricted movements the NCBCTO particles produced in the macromolecules. For the copolymer the crystalline phase was always β at all conditions.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)O objetivo desta tese de doutorado foi produzir compósitos poliméricos supercapacitores através da incorporação de um tipo específico de perovskita (Na1/3Ca1/3Bi1/3Cu3Ti4O12, NCBCTO) com elevadíssima constante dielétrica (~104) (“high k”) no poli(fluoreto de vinilideno) ou PVDF e no copolímero poli(fluoreto de vinilideno / tri-fluoreto de etileno) ou P(VDF-TrFE). A perovskita dielétrica NCBCTO foi sintetizada por três diferentes métodos: via reação no estado sólido (SSS), por combustão (SCS) e método de precursor polimérico (PPS); deste modo, foi possível analisar a influência do tipo de síntese nas características finais da perovskita obtida. Características como pureza da fase, tamanho de partícula e propriedades dielétricas foram analisadas; através dessas análises, foi possível escolher a NCBCTO obtida via SSS como a mais adequada para ser incorporada aos polímeros. Além da perovskita, nanotubos de carbono (MWCNT) também foram adicionados às matrizes poliméricas em alguns dos compósitos produzidos, com o intuito de facilitar a indução da polarização e evitar perdas ao longo da massa polimérica. Como o PVDF é um polímero semicristalino que apresenta polimorfismo, e suas diferentes fases têm diferentes constantes dielétricas, foi estudada também a influência da quantidade de cada uma dessas fases nas propriedades dielétricas de cada compósito produzido. Os compósitos foram produzidos via casting, solubilizando o polímero em dimetilformamida (DMF). No final do processo, obteve-se (para cada mistura realizada) um filme flexível de matriz polimérica que teve suas propriedades dielétricas caracterizadas. Observou-se ainda que a adição da perovskita influenciava na nucleação das fases α, β e do PVDF fazendo com que a fase β nucleasse com mais facilidade devido a menor mobilidade imposta às cadeias. Para o copolímero, a fase presente foi a β independente da condição.CNPq: 163561/2014-1CAPES: código de financiamento - 00