Διηλεκτρικές ιδιότητες υλικών

Abstract

Η παρούσα διατριβή αποτελείται από δύο μέρη: το πρώτο αφορά στη μελέτη της επίδρασης των συνθηκών του περιβάλλοντος στις διηλεκτρικές ιδιότητες επιλεγμένων στερεών, υγρών και πολυμερών διηλεκτρικών υλικών, ενώ το δεύτερο μέρος αφορά στη μελέτη συνθηκών ηλεκτροχημικής παρασκευής και θερμικής κατεργασίας ημιαγώγιμων υμενίων CdSe. Τα στερεά ιοντικά διηλεκτρικά υλικά (TiO2, Al2O3 και Li2CO3) που επιλέχθηκαν χρησιμοποιήθηκαν σε μορφή κονίας σχηματίζοντας μείγματα ποικίλης σύστασης, τα οποία στη συνέχεια μορφοποιήθηκαν σε στερεά δείγματα και υποβλήθηκαν σε θερμική κατεργασία σχηματίζοντας κεραμικά υλικά. Μελετάται η εξάρτηση των διηλεκτρικών μεγεθών από τη σύσταση και τη μορφολογία του δείγματος, το βαθμό της θερμικής κατεργασίας και τις συνθήκες του περιβάλλοντος (θερμοκρασία, υγρασία). Προτείνεται η κατασκευή υλικών με υψηλές τιμές διηλεκτρικής σταθεράς και χαμηλές απώλειες, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μικροηλεκτρονικές και τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές. Από τα υγρά διηλεκτρικά επελέγη το μονωτικό λάδι που έχει ευρεία χρήση σε ηλεκτρολογικούς εξοπλισμούς, με σημαντικότερη τη χρήση του στους μετασχηματιστές. Μελετάται η διηλεκτρική συμπεριφορά του διηλεκτρικού υγρού (ορυκτέλαιο) μετά τη προσθήκη νανο-σωματιδίων χαμηλής συγκέντρωσης. Σκοπός είναι ο έλεγχος της διηλεκτρικής συμπεριφοράς του ελαίου και η αντιστροφή πιθανών αρνητικών φαινομένων γήρανσης εξαιτίας παραπροϊόντων. Από την κατηγορία των πολυμερών επελέγη το διαξονικά προσανατολισμένο πολυπροπυλένιο (BOPP). Μελετήθηκαν οι διηλεκτρικές ιδιότητές του, μετά από επαναλαμβανόμενη έκθεση σε περιβάλλον υπεριωδών ακτινών (UV) και υγρασίας. Σκοπός του δεύτερου μέρους αυτής της διατριβής είναι η δημιουργία λεπτών υμενίων σεληνιούχου καδμίου σε υπόστρωμα νικελίου και η μελέτη των ηλεκτρικών και μορφολογικών ιδιοτήτων των εναποτιθέμενων υμενίων. Οι παράγοντες που διαφοροποιούνται είναι: η θερμοκρασία διαλύματος, η επιφάνεια του υποστρώματος (οξείδωση νικελίου), η παρουσία αζώτου κατά την ηλεκτρόλυση και η θερμική επεξεργασία των παραχθέντων δοκιμίων παρουσία αζώτου. Η κάθε κατεργασία μελετάται πως επηρεάζει την κρυστάλλωση του παραγόμενου υμενίου CdSe, τις ανορθωτικές του ιδιότητες καθώς και την μορφολογία της επιφάνειας. Τέλος συνιστάται η μέθοδος σύμφωνα με την οποία παρατηρήθηκαν τα πιο ενδεδειγμένα αποτελέσματα έτσι ώστε ο παραγομένος ημιαγωγός να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για φωτοβολταική μετατροπή.

The present thesis consists of two parts: the first one refers to the study of the affection of the environmental conditions to the dielectric properties of selected solid, liquid and polymer materials, while the second part refers to the study of the electrodeposition of CdSe films and how they are affected due to the change of various parameters. The chosen solid dielectric materials (TiO2, Al2O3 and Li2CO3) are used in the form of cement, molding blends of different composition, which, in turn, were shaped in solid samples and submitted in thermal processing in order to form ceramic materials. The study exploits the dependence of the dielectric values on the composition and the structure morphology of each sample, the degree of the thermal processing as well as the environmental conditions (temperature, moisture). The construction of high k – low loss materials is proposed for micro-electronic and telecom applications. The insulating oil, which has an extended use in electrical equipment and most important, the power transformers, has been chosen as liquid dielectric material. The dielectric behavior of the dielectric liquid (mineral oil) enriched with low concentration nano-materials is studied. Scope of the study is the monitoring of the dielectric behavior of the oil and the reversal of possible negative aging phenomena due to byproducts. The biaxially oriented polypropelene (BOPP) has been chosen as dielectric polymer. The induced changes on complex permittivity after applying UV/condensation cycles were investigated. Scope of the second part of this thesis is the development of CdSe thin films on nickel substrate and the study of the electrical and structure properties of the samples. The factors that have been differentiated are: temperature of the solution, the surface of the substrate (oxidation of nickel), the presence of nitrogen during the electroplating and the thermal processing of the produced samples during the presence of nitrogen. Each processing has been studied in order to determine affects at the crystallization of the produced CdSe films, its rectifying properties and its surface morphology. The last part of the work is to propose the most applicable processing method where the most appropriate results occurred in order the produced semiconductor to be used in photovoltaic applications.