Polyethylene Oxide/Barium Titanate Composites: Optical, Electrical and Thermal Properties

Abstract

Мета роботи полягає у вивченні фізичних властивостей (оптичних, електричних та теплових) титанату барію (BaTiO3)/поліетиленоксиду (PEO) як керамічних полімерних композитів (CPC). CPC складаються з BaTiO3 (концентрація 0, 2, 4, 7, 10, та 12 вагових відсотків) як сегнетоелектричного керамічного наповнювача та PEO як полімерної матриці-господаря. Композити отримані методом лиття, їх фізичні властивості досліджено та обговорено. Оптичні властивості та параметри, такі як оптичне поглинання, оптична ширина забороненої зони, діелектрична проникність та показник заломлення визначаються як функції концентрації BaTiO3, а використана довжина хвилі УФ випромінювання становить від 300 до 800 нм. Змінні електричні властивості були розраховані та вивчені як функції концентрацій BaTiO3; застосовувана частота коливається від 50 Гц до 1000 Гц, а температура в межах 30-55 °C. Крім того, теплопровідність CPC PEO/BaTiO3 була розрахована як функція концентрації BaTiO3 та температури. Зі збільшенням вмісту BaTiO3 виявляється, що оптична ширина забороненої зони зменшується з 2,85 еВ при 0 мас. % BaTiO3 до 2,26 еВ при 12 мас. % BaTiO3. Ми виявили, що ці фізичні властивості залежать від вмісту BaTiO3 та температури. Це вказує на можливість маніпулювання значеннями фізичних параметрів шляхом контролю вагового співвідношення BaTiO3 у полімерних композитах.

Our goal is to prepare and study the physical properties (optical, electrical, and thermal) of barium titanate (BaTiO3)/polyethylene oxide (PEO) as ceramic polymer composites (CPCs). CPCs consist of BaTiO3 (0, 2, 4, 7, 10, and 12 by weight percentage concentration) as ferroelectric ceramic fillers and PEO as a host polymer matrix. The composites have been prepared by casting method and their physical properties are investigated and discussed. The optical properties and parameters, such as the optical absorption, optical energy gap, dielectric constant, and refractive index are determined as a function of BaTiO3 concentration and applied UV-wavelength ranges from 300 to 800 nm. The alternating electrical properties have been calculated and studied as a function of BaTiO3 concentrations; applied frequency varies from 50 Hz to 1000 Hz, and temperature is in the range 30-55 °C. Also, the thermal conductivity of the PEO/BaTiO3 CPCs has been calculated as a function of both BaTiO3 concentration and temperature. With the increase in BaTiO3 ceramic content, the optical energy gap is found to decrease from 2.85 eV for 0 wt. % BaTiO3 to 2.26 eV for 12 wt. % BaTiO3. We found that these physical properties depend on the BaTiO3 ceramic content and temperature. This indicates the possibility of manipulation of the physical parameter values by control of the BaTiO3 weight ratio in polymer composites.