Aspekty aplikace nanotechnologií v elektrotechnologii

Ing. Jiří BOČEK

Doctoral thesis

Aspects of nanotechnology applications in electrotechnology

Abstract:

V dosud používaných polymerních kompozitních dielektrikách aplikovaných v silnoproudé elektroizolační technice jsou pro zlepšení funkčních vlastností použita anorganická plniva s rozměry částic v rozmezí jednotek až desítek mikrometrů a plnění v řádu desítek procent. Dalším logickým krokem v této oblasti, s cílem zlepšení funkčních vlastností, je prověření vlivu nanoplniv na vlastnosti polymerních materiálů užívaných jako elektroizolační systémy. Je ovšem nutné si uvědomit, že snížení rozměrů plniva pod hranici 100 nm s sebou přináší nové mechanizmy vzájemného působení složek. Předložená práce je proto věnována aktuálnímu problému implementace nanočástic do kompozitních systémů pro elektroizolační aplikace. Obsahuje nejprve obecný popis a možnosti použití kompozitních materiálů v elektrotechnice. Dále přináší některé první poznatky z oblasti nanokomponentů kompozitních systémů publikované v odborné literatuře. Také jsou zmíněny základní poznatky o samotných nanočásticích. Přestože samotné působení nanočástic v polymerech pro účely elektroizolační techniky není zdaleka popsáno, zejména z pohledu fyzikálně-chemického, objevují se první modely působení, jež mohou významnou měrou přispět k pochopení interakcí mezi nanoplnivem a základním polymerem. Praktická část práce vznikla spoluprací s ÚMCH Akademie věd ČR a obsahuje výsledky měření a diskuzi výsledků kompozitu na bázi epoxidu a složitějšího nanoplniva POSS. Použité fenomenologické a strukturální diagnostické metody přinášejí nadějné výsledky a ukazují možnou budoucí cestu pro oblast vysokonapěťových kompozitních dielektrik. Práce je součástí činností výzkumného záměru MSM 4977751310 - Diagnostika interaktivních dějů v elektrotechnice.

Abstract:

The polymeric composite dielectrics in high-voltage insulating engineering have been used so far for the improvement of dielectrics functional properties. They are usually filled by tens of percent of inorganic particles with the size ranging from ones up to tens of micrometers. The next logical step towards better functional properties is the evaluation of nanofillers influence on properties of polymeric materials used for electroinsulation systems. It is necessary to keep in mind that decrease in filler size under 100 nm leads to new interaction between components. Therefore, this work deals with current problem of nanoparticles incorporation into composite systems for electroinsulation applications. At first, it contains general description and function of used composite materials in power engineering. Thereinafter, it yields some first findings about nanocomponents of composite systems that have been published in scientific literature as well as basic facts about nanoparticles. The description of nanoparticles interaction in polymers is far from the detail needed for purposes of electroinsulation technology, especially in regards of physicochemical field. However, the first function models are coming up, which are able to bring promising contribution towards understanding of interactions between nanofillers and polymeric matrix. The practical part of the work has originated from the cooperation with IMC, Academy of Sciences in the Czech Republic and shows the results of the measurement followed by the elaboration on the results of the composite on the bases of an epoxy and more complex nanofillers, called POSS. Applied phenomenological and structural diagnostic methods yield promising results and show the possible future way for the field of high-voltage composite dielectrics. This research was funded by the Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech Republic, MSM 4977751310 - Diagnostics of Interactive Processes in Electrical Engineering.

Keywords

izolační materiály, elektroizolační technika, dielektrika, nanokompozity, nanoplniva, epoxidové pryskyřice, POSS částice, polymery, termické analýzy

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 11. 2011

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Prof. Ing. Václav Mentlík, CSc.

University of West Bohemia

Fakulty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electrical Engineering