Електронски факултет

Универзитет у Нишу

Семинарски рад

Тема: Полимери, композитни и некристални

материјали и технологије

Студент: Ксенија Солуновић 15868

1.Једнослојне полимерне фото ћелије. Могућности

Претварање сунчеве енергије у електричну енергију је фокус великог броја научника.
Данас постоје комерцијално доступне силицијумске соларне ћелије са ценама у распону
од 800 USD / kW (око 10 м2 / kW) и ефикасности у опсегу од 10 - 20%.
Главна препрека широкој употреби ових извора енергије је висока цена таквих
генерисаних електричних енергија у поређењу са трошковима електричне енергије из
класичних извора (хидро, термо и нуклеарне електране).
Технолошки напредак је постигнут у развоју полимерних органских фотонапонских (OPV)
соларних ћелија, и њихова енергетска ефикасност се приближава вредности од 10%, док
цена по јединици производње може бити значајно нижа него силицијумске соларне
ћелије. Недостатак OPV соларних ћелија је њихов кратак век, и то је разлог зашто нису
пронашле већу примену.
Једнослојни полимерни фотонапонски модел карактерише једноставан дизајн и врло
ниска производна цена. Може се претпоставити да због ових особина, једнослојна
полимерна фото ћелија може постати јефтина замена за широко распрострањену фото
ћелију засновану на класичним полупроводницима.
У овом раду презентована су објављена достигнућа у развоју једнослојне полимерне
соларне ћелије, али и оригинална решења која су резултат истраживања аутора.

Историја

Први извјештај Edmund Bequerel-a 1839. године - осветљење металних електрода у
електролиту узрокује (фото) енергију.
1876. године је објављена прва фотографија фото ћелије. W. Adams и R. Day, селен -
платиниум контакт. *Фотоелектрични ефекат, Einstein 1905.
1914 - 1930, Goldman - Schottky, теорија металних и полупроводничких баријера - слојева.
1954, п-н спој (6% ефикасност).

Екцитон (место упражнјеног електрона) у једном слоју

Једнослојна AC стимулисана фотоћелија

узбуђење релаксационa струјa

Узорак са вруће уроњеним Khantal жицама: а) како је припремљен и б) монтиран у ћелију ради
мерења.

Геополимери као одрживи грађевински материјали

Стамбени објекат (Мариупол, Украјина) израђен од шљунковитог цементног бетона.
Година производње: 1960.

Стамбена зграда од 20 спратова изграђена (100%) од шљунковитог цементног бетона
(Липетск, Русија). Година производње: 1987-1989.

Шема Al-координационог полиедра у функцији (а) аморфизације праћена редукцијом Al
координације од VI до V (б) растварања алуминосиликатног извора у облику AlО

тетраедра који се поликондензују са SiО

тетраедром како би се таложили као неоргански

алуминосиликат (-Џозеф Давидовит):

Шта су геополимери?
То су неоргански полимери и претходници течних керамика (који се стављају испод собне
температуре у року од 24 сата)

Сировине

Алуминосиликатни извори:

• Шљака (у бившем СССР)
• Пепео (Аустралија, САД)
• Глина нпр. метакаолин (Француска, САД)
• Комунални отпад који се спаљује са плазмом (црно стакло) (УК)
• Рециклирани отпадни стаклени прах (цртач)
• Грејани (1200°C) базалт од вулканских чворова

За аморфне изворе силицијума:

• Калцинисане љуске пиринча
• Калцинирана вегетација - лишће од бамбуса, слонова трава

(VI)

(???

) ?? (?)

???

−

?? (??)

AlO

Crystalline kaolin

b) Amorphous metakaolin

c) Aluminate tetrahedron

2???

???

−

Геополимери су делимично решење за глобално загревање!

• Производња 1 тоне Портланд цемента ослобађа ~ 1 тона CO

• Док производња 1 тона геополимера ослобађа ~ 0.25 тона CO

Упоређивање ОPC и Геополимер композита:

Особина

Portland Cement

Geopolymers

Јачина притиска (MPa)

100

Снага флексибилности (MPa)

5-6

10-15

Густина (g/cc)

2.7

1.4

Време подешавања (дани)

Геополимерни састав

метакаолинска глина метасиликатни раствор

Атомска структура геополимера

Al је интегрисан у мрежу (IV) AlO

и SiO

, тако да је негативни набој на AlO

балансиран

алкалним катјоном

Геополимери (полисијалати)

Су врста хемијски везане керамике хемијске формуле M

O • Al

• 4SiO

• 11H

Ватростални неоргански полимери формирани од алуминијумских и силицијумских
извора садрже тетраедарне јединице AlO

и SiO

, под високим алкалним условима (NaOH,

KOH, CsOH) на собној температури.
Они резултирају аморфном, укрштеном, непропусном, отпорном на киселине, 3-D
структуром

Геополимери се могу формирати у пластичним калупима

Механизам формирања

1. Растворити SiO

у јако оштар раствор

2. Раствор алуминосиликатног извора
3.Поликондензација
4.Таложење

ТЕМ разбијеног Na-геополимера

Велики угао, кружно тамно поље ТЕМ (HAADF)

Постоји проблем у чистом геополимеру - Пуцање!

Геополимери имају тенденцију пуцања након сушења и/или рехидрације. Пукотине
настају због карактеристичне микроструктуре геополимера.

Кад се површина геополимера осуши капиларне силе извлаче течност из унутрашњости и
ствара се градијент притиска који води до пуцања!

Микроструктура базаласних влакана ојачаних геополимерним
композитима

Увод

Fique (Furcraea macrophylla)
Распрострањена је у Колумбији. Углавном садржи α-целулозу, хемицелулозу и лигнин.
Цена: 2.89 долара / метар влакана
5.06 долара / метар тканине

(лево) Алкално обрађени једносмерно (десно) 2D плочасто ткање

Јута (Corchorous olitoriuous)
Расте у Индији, Кини и Бангладешу. Садржи α-целулозу, хемицелулозу и лигнин.

Цена: 50 долара за 100 кг ткања јуте

SЕМ-јуте влакна и композита

SЕМ- влакна и композита

Користећи природну амазонску глину

Закључак

-Алкално активирани цементи нису исто што и геополимери.

-Кључна карактеристика геополимера је њихова формација поништавањем
алуминосиликатног извора да би се формирали AlO

тетраедри који се

подвргавају поликондензацији са тетрахидра SiO

да би се таложили као

неоргански алуминосиликат.

-Снажни геополимерни композити могу се направити помоћу керамичких,
синтетичких или биолошких појачања.

Заштитни прслуци из Вијетнама

Први заштитни прслуци су били намењени за посаде у којима тежина није
била примарна ствар.

1967 - Нортонове вруће пресоване B

C плоче на тканим подлогама

1968 - Контакт Натик лабораторије са Карборундом у вези ових B

C плоча

поводом прве њихове употребе на земљи
1970 - Отказивање наруџбине од 30К прслука потенцирајући цивилни
интерес оклопа за тело

Кобра оклопна седишта за хеликоптер

1969 - Кобра балистичка хеликоптер седишта користе Нортонове вруће
пресованих B

C на кевелар 29. CERADYNE откупљује Нортон оклопну

керамику и наставља производњу вруће пресованог B

C на келевар за Кобру.

Дизајн оклопа састоји се од великих везаних и обложених керамичких плоча

Обрнута балистика 100mm

GAS GUN/1-MeV PULSERS AT ARL

0.30-cal APM2 утицај пројектила на Бор-карбид током првих 55µs:

7.62-mm WC пројектил утицај на бор-карбид:

1985 - Дарпа је покренула петогодишњи програм за развијање лаких и
тешких оклопних технологија у индустрији.
Нове керамичке компаније су почеле да се упознају са захтевима програма:
1985 - CERCOM INC производи B

C, SiC, TiB

и WC под притиском помоћу

компресије
1986 - DOW CHEMICAL развили су алуминијум-нитрид као оклопни материјал
1985 - CERADYNE је проширио керамичку линију производа

Велике керамичке плоче из CERCOM INC:

Функционално профилисан TiB/Ti под притиском

ЕОИ тестови за анализу пукотина

Способности SMART™ керамичких плочица у односу на цилиндре

Поправка - SMART™ пелетирани керамички композитни оклопни систем

Фотокаталитичка деградација полистирен-Аг нанокомпозит

-Циљ
-Полистирен-својства
-Типови деградације
-Фотодеградација
-Припрема полимер нанокомпозита
-Анализа
-UV-Vis спектроскопија
-FTIR анализа (

Fourier-transform infrared spectroscopy

)

-SЕM слике
-Резиме
-Референце

Циљ

Увођење синтетисаних наночестица сребра у полистиренске матрице за
формирање полистирен Аг-нанокомпозита.
Да истражимо фотокаталитичку деградацију нанокомпозита Полистирен-Аг
третиран УВ користећи низ метода

Полистирен (ПС)

-Термопластика - полимеризована из стиреног мономера допуном.
-Четврто место на скали количина производње пластике годишње.
-Азија је водећи лидер у производњи и потрошњи полистирена, са 53%
укупне светске производње и 47% укупне потрошње полистирена.
-Глобална потражња за ПС и ЕПС порасла је са 13 милиона тона у 2000.
години на око 57 милиона тона данас.
Главни потрошачи - Паковање, конструкција, уређаји и индустрија
потрошачке електронике.

Деградација

- Физичко кварење или хемијска модификација

- Врсте:

*Биотика (биоразградња)

*Абиотика:

Топлотна деградација
Оксидативна деградација
Хидролитска деградација
Механичка деградација
Фотодеградација

Спектар сунчевог зрачења

Спектар соларног зрачења изнад атмосфере и на површини.

Сунчева светлост у простору на врху Земљине атмосфере са снагом од 1366 W/m2 састоји

се од око 50% инфрацрвене светлости, 40% видљиве светлости и 10% ултраљубичастог

светла.

Фотодеградација

-Деградација молекула узрокована апсорпцијом фотона, посебно оних таласних дужина

из сунчеве светлости, као што су инфрацрвено зрачење, видљиво светло и

ултраљубичасто светло. Фотодеградација обухвата фотолизу, распад молекула на мање

делове фотонима. Уобичајена реакција фотодеградације је оксидација. Стога је постојање

хромофорних група у макромолекулима предуслов за покретање било које фотохемијске

реакције.

Фактори који узрокују фотодеградацију

-Унутрашње нечистоће:

Хидропероксидне и карбонилне групе
Незасићене везе (C = C)
Остатак катализатора

-Спољашње нечистоће:

Трагови растварача, катализатора, .... итд;
Једињења из загађене урбане атмосфере и смог, нпр. нафталена и
антрацена у полипропилену и полибутадиену;
Адитиви (пигменти, боје, термички стабилизатори,
фотостабилизатори);
Трагови метала и металних оксида;