Síntesis y caracterización de nano-compósitos de BaTiO3 mezclados con polímeros liquido-cristalinos y su posible uso como dispositivos de medición

Abstract

La ferroelectricidad es un fenómeno descrito a principios del siglo XX, en el cual se observó la polarización remanente de un material al aplicarle un campo eléctrico externo. Desde entonces se han desarrollado diversos materiales tanto orgánicos como inorgánicos que presentaban dicho fenómeno, hasta que en 1974 Meyer predice la existencia de polarizabilidad en cristales líquidos que poseen una fase esméctica inclinada quiral (SmC*). En este trabajo se intenta combinar las propiedades de ambos tipos de materiales ferroeléctricos (cerámicas-inorgánicas y líquido-cristalinos). Para ello se fabricó un nanocompósito liquido-cristalino constituido por una mezcla de polímero (PM6R10) y un monómero (M6R6) en una razón 2:1, denominado PM10M6, que presentó señal piroeléctrica, el que se utilizó como matriz para las nanopartículas de BaTiO3. Las Nano-partículas de BaTiO3 (NpBT) fueron sintetizadas por un método hidrotermal, que no produjo NpBT tetragonales, por lo que se utilizó un método de calcinación de un precursor órgano-metálico. Con el que finalmente se obtuvo un producto con características estructurales adecuadas para el objetivo de este trabajo. Enseguida al compósito liquido-cristalino, mezcla de monómero y polímero anteriormente señalados, (PM10M6) se adicionaron NpBT suspendidas en solventes orgánicos, en una concentración al 5% y ácido oleico para aumentar la compatibilidad del material cerámico en la matriz liquido-cristalina. Al medir la señal piroeléctrica, se observó que la adición de NpBT en un 5% aumenta en forma considerable la respuesta piroeléctrica del material en comparación con el compósito original (PM10M6). En cambio al adicionar ácido oleico como compatibilizante esta prácticamente desaparece.

The ferroelectricity is a phenomenon described in the early twentieth century, which was observed as a remanent polarization of a material under the influence of an external electric field. Since then, various organic and inorganic materials (ceramics) have been developed that showed this phenomenon, until in 1974 Meyer predicts the existence of polarizability in liquid crystals that has a chiral tilted smectic phase (SMC *). This thesis combines the properties of both types of ferroelectric materials (inorganic-ceramic and liquid-crystal), trying to get a plastic material exhibiting high polarization. To realize this target, a liquid-crystalline nanocomposites was prepared that comprises a polymer blend made of a polymer (PM6R10) and a monomer (M6R6) in a 2:1 ratio, that we called PM10M6, presenting pyroelectric signal, that was used as a matrix for BaTiO3 nanoparticles . The Nano-particles (NpBT) were synthesized by a hydrothermal method widely described in literature, that did not produce tetragonal NpBT. Then, we used a method of calcination of a gel precursor in acetic acid. By studying the dependence of the morphological and structural characteristics with the annealing time at 1.000 ° C, we obtained a product with suitable characteristics for the purpose of this work. Then to the liquid-crystalline composite PM10R6, NpBT were added at a concentration of 5%, with oleic acid, to increase the compatibility of the ceramic material in liquid-crystalline matrix and also without oleic acid. By measuring the pyroelectric signal, it was observed that the addition of 5% NpBT increases significantly the pyroelectric response of the material compared to the original composite. However when adding oleic acid as compatibilizer the pyroelectric signal and therefore their polar property practically disappears.