O objetivo deste trabalho foi implementar um sistema para a determinação do coeficiente piroelétrico em materiais poliméricos. O método consiste em variar a temperatura da amostra de forma senoidal e medir a corrente em função do tempo. Através do sinal da corrente elétrica e da sua diferença de fase com a temperatura, separa-se a corrente elétrica de origem piroelétrica, a partir da qual se determina o coeficiente piroelétrico. Apresenta-se a caracterização do sistema abrangendo aspectos como o intervalo de temperatura das medidas e amplitude e freqüência da oscilação da temperatura. O método foi empregado para realizar medidas exploratórias com o polímero ferroelétrico poli(fluoreto de vinilideno), PVDF, polarizado pela aplicação de uma rampa de tensão, e com o polímero poli(metacrilato de metila), PMMA, com corante polar, polarizado com o triodo de corona. Nas medidas foram variados os parâmetros do processo de polarização elétrica tais como o campo elétrico máximo e a temperatura / An experimental setup to measure the pyroelectric coefficient of polymers was implemented. The method is based on the measurement of the electric current generated by the sample when its temperature was set to oscillate sinusoidally. Using the measured current and its phase difference related with the temperature thepyroelectric current was obtained, from that the pyroelectric coefficient was determined. It is shown the characterization of the experimental system such as the temperature amplitude and frequency interval of operation. The method was applied in exploratory measurements employing the ferroelectric polymer poly(vynilidene fIuoride), PVDF, poled by a ramp voltage, and the poly(methyl metacrylate), PMMA, having a polar dye, poled with the carona triode. Measurements were performed far different poling conditions such as the maximum applied field and temperature

O objetivo deste trabalho foi implementar um sistema para a determinação do coeficiente piroelétrico em materiais poliméricos. O método consiste em variar a temperatura da amostra de forma senoidal e medir a corrente em função do tempo. Através do sinal da corrente elétrica e da sua diferença de fase com a temperatura, separa-se a corrente elétrica de origem piroelétrica, a partir da qual se determina o coeficiente piroelétrico. Apresenta-se a caracterização do sistema abrangendo aspectos como o intervalo de temperatura das medidas e amplitude e freqüência da oscilação da temperatura. O método foi empregado para realizar medidas exploratórias com o polímero ferroelétrico poli(fluoreto de vinilideno), PVDF, polarizado pela aplicação de uma rampa de tensão, e com o polímero poli(metacrilato de metila), PMMA, com corante polar, polarizado com o triodo de corona. Nas medidas foram variados os parâmetros do processo de polarização elétrica tais como o campo elétrico máximo e a temperatura / An experimental setup to measure the pyroelectric coefficient of polymers was implemented. The method is based on the measurement of the electric current generated by the sample when its temperature was set to oscillate sinusoidally. Using the measured current and its phase difference related with the temperature thepyroelectric current was obtained, from that the pyroelectric coefficient was determined. It is shown the characterization of the experimental system such as the temperature amplitude and frequency interval of operation. The method was applied in exploratory measurements employing the ferroelectric polymer poly(vynilidene fIuoride), PVDF, poled by a ramp voltage, and the poly(methyl metacrylate), PMMA, having a polar dye, poled with the carona triode. Measurements were performed far different poling conditions such as the maximum applied field and temperature

Foi desenvolvido um novo método para a determinação da polarização ferroelétrica de polímeros ferroelétricos, em particular do PVDF estirado biaxialmente. A técnica consiste em manter constante a corrente através da amostra e medir a evolução da tensão (V versus t) entre os eletrodos da mesma. As medidas foram realizadas em ambiente com atmosfera de ar superseco o que permite desprezar a condução elétrica das amostras, simplificando sobremaneira as equações do problema. Considera-se a existência de dois tipos de polarização: a ferroelétrica, com tempo de chavamento desprezível, e uma polarização elétrica foram realizados em duas situações distintas: com chaveamento e sem chaveamento ferroelétrico. O procedimento permite avaliar a dependência da polarização ferroelétrica com o campo, determinada a partir da equação geral da corrente. Para se descrever a resposta da polarização elétrica dependente do tempo, usa-se o princípio da superposição e assume-se que ela está em fase com o campo elétrico aplicado (processo lento). Será mostrado que é possível determinar a polarização ferroelétrica do polímero PVDF estirado biaxialmente sem a necessidade de determinar a formas funcionais da polarização dependente do tempo e de se conhecer o valor da capacitância da amostra. / In this work a novel method was developed for the determination of the ferroelectric polarization of ferroelectric polymers, in particular of biaxially stretched PVDF. The technique consists of maintaining constant the current through the sample and to measure the evolution of the bias voltage (V versus t) on the electrodes. Measurements were performed in super-dry air, which allows one to neglect the electric surface and volumetric conduction of the samples, simplifying the equations of the problem. It is considered the existence of two polarization types: the ferroelectric, with a very short switching time, and a another polarization dependent of the time. The processes for studying the electric polarization were accomplished in two different situations: with switching and without ferroelectric switching. The procedure allows evaluating the dependence of the ferroelectric polarization on the electric field, determined starting from the general equation of the current. To describe the time dependent polarization it is used the principle of superposition and the polarization value assumed to be in phase with the applied electric field (slow process). It will be shown that it is possible to determine the ferroelectric polarization of the material without the need of the functional form of the polarization and the value of the capacitance of the sample.

Neste trabalho foi investigado o comportamento elétrico dos sistemas poliméricos preparados com o poliestireno, PS, e poli(metacri1ato de metila), PMMA, dopados com o corante vermelho disperso 1, DR1. O processo de polarização dos filmes poliméricos foi realizado usando o triodo de corona operando em duas configurações: i) carregamento com corrente de carga constante, ii) com tensão de grade constante. O processo de polarização por corona foi investigado variando-se os parâmetros do processo, tais como: corrente de carga, tempo, temperatura, campo elétrico de saturação e porcentagem de corante das amostras. As medidas da corrente elétrica no estado estacionário em função campo elétrico permitiram mostrar que o processo de condução elétrica nos dois sistemas obedecem o modelo de Poole-Frenkel. O valor da polarização elétrica induzida foi avaliada através de medidas do coeficiente piroelétrico, o qual é diretamente proporcional a polarização na amostra. No caso do PS(DR1) deu-se ênfase a investigação de medidas de corrente termo estimulada para avaliar a polarização elétrica induzida nas amostras por aplicação de uma ddp. Medidas da constante dielétrica complexa para os dois sistemas poliméricos foram realizadas em função da freqüência para diferentes temperaturas. Os resultados obtidos mostraram que a orientação e relaxação dos corantes nas amostras são associados ao movimento das cadeias poliméricas, i.e., relaxação do tipo &#945. / Some electrical properties of guest-host polymeric systems made with polystyrene, PS, and poly(methyl methacrylate), PMMA, and the disperse red 1 dye, DR1 were investigated. The poling process of films were performed with the corona triode set up operating in two modes: i) charging with constant current, ii) with a constant grid voltage. The influence of parameters such as the charging current, electric field at the s, time, temperature and the percentage of DR1 was investigated. Measurements of the steady state current versus the electric field allowed us to show that the electric conduction process in both polymeric systems follow the Poole-Frenkel model. The electric polarization induced in samples was evaluated measuring the piroelectric coefficient, which is directly proportional to the polarization value. For PS(DR1) samples thermally stimulated current measurements were performed to investigate the electric polarization obtained by application of a dc voltage. Measurements of the complex dielectric constant with the two polymeric systems as function of the frequency for different temperatures were performed. Results showed that orientation and relaxation of DR1 dye in samples are related to the chain movement, i.e., &#945 relaxation process.

Neste trabalho foi investigado o comportamento elétrico dos sistemas poliméricos preparados com o poliestireno, PS, e poli(metacri1ato de metila), PMMA, dopados com o corante vermelho disperso 1, DR1. O processo de polarização dos filmes poliméricos foi realizado usando o triodo de corona operando em duas configurações: i) carregamento com corrente de carga constante, ii) com tensão de grade constante. O processo de polarização por corona foi investigado variando-se os parâmetros do processo, tais como: corrente de carga, tempo, temperatura, campo elétrico de saturação e porcentagem de corante das amostras. As medidas da corrente elétrica no estado estacionário em função campo elétrico permitiram mostrar que o processo de condução elétrica nos dois sistemas obedecem o modelo de Poole-Frenkel. O valor da polarização elétrica induzida foi avaliada através de medidas do coeficiente piroelétrico, o qual é diretamente proporcional a polarização na amostra. No caso do PS(DR1) deu-se ênfase a investigação de medidas de corrente termo estimulada para avaliar a polarização elétrica induzida nas amostras por aplicação de uma ddp. Medidas da constante dielétrica complexa para os dois sistemas poliméricos foram realizadas em função da freqüência para diferentes temperaturas. Os resultados obtidos mostraram que a orientação e relaxação dos corantes nas amostras são associados ao movimento das cadeias poliméricas, i.e., relaxação do tipo &#945. / Some electrical properties of guest-host polymeric systems made with polystyrene, PS, and poly(methyl methacrylate), PMMA, and the disperse red 1 dye, DR1 were investigated. The poling process of films were performed with the corona triode set up operating in two modes: i) charging with constant current, ii) with a constant grid voltage. The influence of parameters such as the charging current, electric field at the s, time, temperature and the percentage of DR1 was investigated. Measurements of the steady state current versus the electric field allowed us to show that the electric conduction process in both polymeric systems follow the Poole-Frenkel model. The electric polarization induced in samples was evaluated measuring the piroelectric coefficient, which is directly proportional to the polarization value. For PS(DR1) samples thermally stimulated current measurements were performed to investigate the electric polarization obtained by application of a dc voltage. Measurements of the complex dielectric constant with the two polymeric systems as function of the frequency for different temperatures were performed. Results showed that orientation and relaxation of DR1 dye in samples are related to the chain movement, i.e., &#945 relaxation process.

Foi desenvolvido um novo método para a determinação da polarização ferroelétrica de polímeros ferroelétricos, em particular do PVDF estirado biaxialmente. A técnica consiste em manter constante a corrente através da amostra e medir a evolução da tensão (V versus t) entre os eletrodos da mesma. As medidas foram realizadas em ambiente com atmosfera de ar superseco o que permite desprezar a condução elétrica das amostras, simplificando sobremaneira as equações do problema. Considera-se a existência de dois tipos de polarização: a ferroelétrica, com tempo de chavamento desprezível, e uma polarização elétrica foram realizados em duas situações distintas: com chaveamento e sem chaveamento ferroelétrico. O procedimento permite avaliar a dependência da polarização ferroelétrica com o campo, determinada a partir da equação geral da corrente. Para se descrever a resposta da polarização elétrica dependente do tempo, usa-se o princípio da superposição e assume-se que ela está em fase com o campo elétrico aplicado (processo lento). Será mostrado que é possível determinar a polarização ferroelétrica do polímero PVDF estirado biaxialmente sem a necessidade de determinar a formas funcionais da polarização dependente do tempo e de se conhecer o valor da capacitância da amostra. / In this work a novel method was developed for the determination of the ferroelectric polarization of ferroelectric polymers, in particular of biaxially stretched PVDF. The technique consists of maintaining constant the current through the sample and to measure the evolution of the bias voltage (V versus t) on the electrodes. Measurements were performed in super-dry air, which allows one to neglect the electric surface and volumetric conduction of the samples, simplifying the equations of the problem. It is considered the existence of two polarization types: the ferroelectric, with a very short switching time, and a another polarization dependent of the time. The processes for studying the electric polarization were accomplished in two different situations: with switching and without ferroelectric switching. The procedure allows evaluating the dependence of the ferroelectric polarization on the electric field, determined starting from the general equation of the current. To describe the time dependent polarization it is used the principle of superposition and the polarization value assumed to be in phase with the applied electric field (slow process). It will be shown that it is possible to determine the ferroelectric polarization of the material without the need of the functional form of the polarization and the value of the capacitance of the sample.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第22237号 / 理博第4551号 / 新制||理||1654(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 柳瀬 陽一, 教授 川上 則雄, 教授 松田 祐司 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

Orientador: Victor Ciro Solano Reynoso / Banca: Cláudio Luiz Carvalho / Banca: Raul Fernando Cuevas Rojas / Resumo: Estudamos o sistema 40P2O5 - 10B2O3 - (50-x)CaO - xTiO2, onde variou-se a composição do TiO2 e CaO, com x=25,20,15,10,05,03 mol%. Neste sistema temos dois formadores de vidros, o P2O5 que pode incorporar na sua rede grande quantidade de Titânio e o B2O3. Dois grupos de amostras foram estudados: um sem polarizar, e outro grupo submetido à polarização eletro térmica a 300oC aplicando 1,5KV e 2,5 KV durante 60 minutos. Foram realizadas medidas de Análise Térmica diferencial e se observa que estes vidros possui transição vítrea entorno de 600ºC, aumentando com maior quantidade de TiO2. A evidência da polarização eletro térmica se observa nos espectros de infravermelho e Uv-Vis, nestas, as bandas de absorção correspondentes sofreram ligeiras mudanças. Para estes vidros são importantes as bandas de absorção na região visível que se estende desde 400nm até 900nm devido à existência de íons Ti3+ e pares Ti3+-T 4+ em estruturas de coordenação tetraedral e octaedral. As medidas da dispersão dos índices de refração utilizando a técnica do ângulo de Brewster mostram variações conforme os comprimentos de onda. Foi avaliado o índice de refração complexo dos espectros de transmitância e refletância. A análise da parte real do índice de refração foi feita através do modelo de um único oscilador de Wemple-Didomenico que está relacionado com a dispersão normal dos vidros. Os parâmetros como energia média e energia de dispersão são baixos quando comparados com outro vidros com TiO2. Os dados da absorção na forma da função dielétrica complexa foram ajustados utilizando funções gaussianas. Os resultados indicam a formação de bandas de absorção de íons Ti3+ com estruturas possivelmente distorcidas e de coordenação tetraedral e octaedral. Temos ainda as bandas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: We studied the system 40 P2O5 - 10 B2O3 - ( 50 - x ) CaO - x TiO2, which has varied the composition of CaO and TiO2, with x = 25, 20, 15, 10, 05, 03 mol%. In this system we have two glass formers, the P2O5 that can incorporate in its network great amount of titanium B2O3. Two groups of samples were studied: one without polarize, and another group submitted to a thermal electric polarization by 300ºC applying 1.5 KV and 2.5 KV for 60 minutes. Measures were made of differential thermal analysis and observed that these glasses have glass transition around 600ºC, increasing with a great amount of TiO2. The evidence of thermal electric polarization is observed in the spectra of infrared and UV-Vis, in the corresponding absorption bands have slightly changes. For these glasses are important the absorption bands in the visible region that extends from 400nm to 900nm due to the existence of ion Ti3+ pairs and Ti3+ - T4+ in co-ordination structures tetraedral and octaedral. The measures of dispersion of the indices of refraction using the technique of Brewster angle showed variations according to wavelengths. We evaluated the complex refractive index of the spectra of transmittance and reflectance. The analysis of the real part of the index of refraction was done by a single oscillator model of Wemple-Didomenico related to the normal dispersion of glass. The parameters such as average energy and energy dispersion are low when compared with other glasses with TiO2. The data of absorption in the form of complex dielectric function were fitted using Gaussian functions. The results indicate the formation of absorption bands of ions Ti3+ with possibly distorted structures and coordination tetraedral and octaedral. We have the bands due to the existence of pairs of ions Ti3+ - Ti4+ and undergo changes as the samples polarized and not polarized. / Mestre

Le travail présenté ici porte sur la réalisation d’un matériau polymère piézoélectrique destiné à être l’élément sensible d’un capteur de déformation de tissus biologiques. Cela comprend notamment l’étude de l’assouplissement du copolymère P(VDF-TrFE) nécessaire pour se rapprocher des propriétés mécaniques d’une artère, sans dégrader son coefficient piézoélectrique. Des films de P(VDF-TrFE) plastifiés avec du phtalate de diéthyle (DEP) ont été réalisés selon différents protocoles incluant enduction ou spin-coating et polarisation sous haute tension pour activer les propriétés ferroélectriques. Selon les conditions d’élaboration, deux structures distinctes de films ont été obtenues avec des propriétés physiques propres à chacune. Dans le premier type de film, l’étude de la morphologie et des courbes d’hystérésis polarisation-champ électrique a permis de mettre en évidence une nouvelle structuration du matériau, avec la démixtion du plastifiant dans la matrice. Le champ coercitif est dans ce cas fortement abaissé ce qui permet une réduction de la haute tension de polarisation nécessaire allant jusqu’à 40%, même lorsque que le film ne contient plus que 50wt% de P(VDF-TrFE). Le second type de film, obtenu après recuit à plus basse température, présente au contraire une structure quasi homogène et des propriétés proches d’une loi de mélange. Le champ coercitif reste comparable à celui du P(VDF-TrFE) pur mais la flexibilité du matériau est fortement accrue. L’étude des propriétés mécaniques a montré que le plastifiant peut réduire le module de Young du copolymère à 40MPa avec 30wt% de DEP dans le film. De surcroit la polarisation rémanente et le coefficient piézoélectrique sont également renforcés. Des tests in vitro et in vivo, réalisés sur des artères, de capteurs basés sur ces derniers films ont démontré le haut potentiel du matériau à détecter des déformations de tissus mous et à fonctionner aux fréquences biologiques humaines / The work presented here focuses on the preparation of a piezoelectric polymer material aimed to be the sensitive element of a strain sensor of biological tissues. This includes the study of the softening of the copolymer P(VDF-TrFE) necessary to be close of the mechanical properties of an artery, without reducing the piezoelectric coefficient. Plasticized P(VDF-TrFE) films with diethyl phthalate (DEP) were made according to different protocols including doctor blade technique or spin-coating and polarization under high voltage to activate the ferroelectric properties. Depending on the preparation conditions, two distinct structures were obtained with physical properties specific to each of them. For the first type of film, the study of the morphology and the hysteresis loops polarization-electric field showed a new structure of the material, with a demixing of the plasticizer in the matrix. In this case, the coercive field is strongly reduced which allows a decrease of the required high polarization voltage up to 40%, even if the film only contains 50wt% of P(VDF-TrFE). The second type of film, obtained after an annealing at lower temperature, has an almost homogeneous structure and properties close to a mixing law. The coercive field remains comparable to that of the pure P(VDF-TrFE) but the flexibility of the material is greatly increased. The study of the mechanical properties showed that the plasticizer can reduce the Young modulus to 40MPa for 30wt% of DEP in the film. In addition, the remanent polarization and the piezoelectric coefficient are also reinforced. In vitro and in vivo experiments, performed on arteries, of sensors based on these films demonstrated the high potential of the material to detect the strain of soft tissues and to function at biologic human frequencies

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-27Bitstream added on 2014-06-13T20:53:36Z : No. of bitstreams: 1 costajunior_pr_me_ilha.pdf: 1643476 bytes, checksum: 5cbf98fcf43ed53a45f50da455aef0c4 (MD5) / Estudamos o sistema 40P2O5 – 10B2O3 – (50-x)CaO – xTiO2, onde variou-se a composição do TiO2 e CaO, com x=25,20,15,10,05,03 mol%. Neste sistema temos dois formadores de vidros, o P2O5 que pode incorporar na sua rede grande quantidade de Titânio e o B2O3. Dois grupos de amostras foram estudados: um sem polarizar, e outro grupo submetido à polarização eletro térmica a 300oC aplicando 1,5KV e 2,5 KV durante 60 minutos. Foram realizadas medidas de Análise Térmica diferencial e se observa que estes vidros possui transição vítrea entorno de 600ºC, aumentando com maior quantidade de TiO2. A evidência da polarização eletro térmica se observa nos espectros de infravermelho e Uv-Vis, nestas, as bandas de absorção correspondentes sofreram ligeiras mudanças. Para estes vidros são importantes as bandas de absorção na região visível que se estende desde 400nm até 900nm devido à existência de íons Ti3+ e pares Ti3+-T 4+ em estruturas de coordenação tetraedral e octaedral. As medidas da dispersão dos índices de refração utilizando a técnica do ângulo de Brewster mostram variações conforme os comprimentos de onda. Foi avaliado o índice de refração complexo dos espectros de transmitância e refletância. A análise da parte real do índice de refração foi feita através do modelo de um único oscilador de Wemple-Didomenico que está relacionado com a dispersão normal dos vidros. Os parâmetros como energia média e energia de dispersão são baixos quando comparados com outro vidros com TiO2. Os dados da absorção na forma da função dielétrica complexa foram ajustados utilizando funções gaussianas. Os resultados indicam a formação de bandas de absorção de íons Ti3+ com estruturas possivelmente distorcidas e de coordenação tetraedral e octaedral. Temos ainda as bandas... / We studied the system 40 P2O5 – 10 B2O3 - ( 50 – x ) CaO – x TiO2, which has varied the composition of CaO and TiO2, with x = 25, 20, 15, 10, 05, 03 mol%. In this system we have two glass formers, the P2O5 that can incorporate in its network great amount of titanium B2O3. Two groups of samples were studied: one without polarize, and another group submitted to a thermal electric polarization by 300ºC applying 1.5 KV and 2.5 KV for 60 minutes. Measures were made of differential thermal analysis and observed that these glasses have glass transition around 600ºC, increasing with a great amount of TiO2. The evidence of thermal electric polarization is observed in the spectra of infrared and UV-Vis, in the corresponding absorption bands have slightly changes. For these glasses are important the absorption bands in the visible region that extends from 400nm to 900nm due to the existence of ion Ti3+ pairs and Ti3+ - T4+ in co-ordination structures tetraedral and octaedral. The measures of dispersion of the indices of refraction using the technique of Brewster angle showed variations according to wavelengths. We evaluated the complex refractive index of the spectra of transmittance and reflectance. The analysis of the real part of the index of refraction was done by a single oscillator model of Wemple-Didomenico related to the normal dispersion of glass. The parameters such as average energy and energy dispersion are low when compared with other glasses with TiO2. The data of absorption in the form of complex dielectric function were fitted using Gaussian functions. The results indicate the formation of absorption bands of ions Ti3+ with possibly distorted structures and coordination tetraedral and octaedral. We have the bands due to the existence of pairs of ions Ti3+ - Ti4+ and undergo changes as the samples polarized and not polarized.