RELAJACIÓN Y PROPIEDADES DIELÉCTRICAS DE COMPUESTOS DE RESINA EPOXI CON PARTÍCULAS DE TITANATO DE BARIO L. Ramajo, M.M. Reboredo, M.S. Castro Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA) Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Mar del Plata Av. Juan B. Justo 4302 (B7608FDQ) Mar del Plata, Argentina. e-mail: [email protected]RESUMEN En este trabajo se analizaron los fenómenos de relajación tipo Debye y los cambios en los valores de permitividad de materiales compuestos formados por una matriz epoxi, con diferentes fracciones de titanato de bario. El material se obtuvo, previo mezclado de ambos componentes por colada y posterior curado. La etapa de mezclado fue favorecida por la incorporación de un solvente orgánico (THF). La densidad de los compuestos fue analizada por el método de Arquímedes. La microestructura fue observada mediante Microscopía Electrónica de Barrido. Los resultados demostraron que la incorporación del cerámico incrementa las constantes dieléctricas del compuesto, pero no reduce efectivamente los efectos de relajación propios de la matriz. Al mismo tiempo, se observó que grandes cantidades de titanato incrementan la porosidad del sistema en detrimento de la respuesta dieléctrica. Palabras claves: Materiales compuestos, BaTiO 3 , dieléctricos. INTRODUCCIÓN El desarrollo de circuitos electrónicos en la actualidad, requiere de dispositivos pasivos integrados a los sustratos epoxi (1) . Estos elementos son fabricados a partir Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48 th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR 1
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RELAJACIÓN Y PROPIEDADES DIELÉCTRICAS DE COMPUESTOS DE RESINA
EPOXI CON PARTÍCULAS DE TITANATO DE BARIO
L. Ramajo, M.M. Reboredo, M.S. Castro Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA)
Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Mar del Plata Av. Juan B. Justo 4302 (B7608FDQ) Mar del Plata, Argentina.
Figura 5. Curvas de módulo eléctrico real (a) e imaginario (b) de compuestos con
30% en volumen de BaTiO3 en función de la frecuencia y la temperatura.
El comportamiento de la parte imaginaria del módulo eléctrico con la frecuencia
y la concentración del cerámico, puede ser apreciado en la Figura 6 para una
temperatura de 120ºC. Los valores máximos del módulo disminuyeron con el
aumento de concentración de BaTiO3, como consecuencia del aumento en la
permitividad del material (ver ecuación A). Los picos de relajación al aumentar la
concentración de cerámico se desplazaron a mayores frecuencias, como
consecuencia de algún tipo de polarización interfacial.
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Figura 6. Curvas de
con diferentes fracci
La microestruc
electrónica. En la Fi
todas las fracciones
Figura 7. Superficie
volumen de partícula
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10 100 1000 10000 100000 1000000
1E-3
0,01
0,1
M´´
Frecuencia (Hz)
Resina con THF Compuesto 21% en Volumen de BaTiO3 Compuesto 32% en Volumen de BaTiO3 Compuesto 41% en Volumen de BaTiO3 Compuesto 50% en Volumen de BaTiO
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módulo imaginario de la matriz pura con THF y de compuestos
ones en volumen de BaTiO3 en función de la frecuencia.
tura de los compuestos fue evaluada empleando microscopía
gura 7 se puede observar la distribución de las partículas para
en volumen conformadas (21, 32, 41 y 50%).
20µm
a)
20µm
b)
20µm
c)
20µm
d)
s MEB de compuestos con 21 (a), 32 (b), 41 (c) y 50% (d) en
s de BaTiO3.
No se aprecian aglomeraciones importantes en ninguna de las muestras, lo que
denota un buen mezclado en el momento del conformado. No obstante, se
observaron poros en la muestra con mayor fracción de BaTiO3 y pequeños rastros
de microporosidad en todos los especímenes. A pesar de esto último, la utilización
de solvente ha permitido lograr matrices homogéneas e incrementar las cantidades
de partículas (6).
CONCLUSIONES
A partir de los resultados obtenidos es posible afirmar lo siguiente:
• El incremento en el contenido de partículas de titanato de bario en la matriz
polimérica permite aumentar la constante dieléctrica rápidamente. Sin
embargo, no modificó significativamente el factor de pérdida.
• Los compuestos con altos contenidos de partículas presentaron un notable
aumento en la porosidad, generando aumentos en las pérdidas dieléctricas y
dispersión en los valores de M´´.
• A altas temperaturas fueron notorios los aumentos en los valores de M´´ por
efectos de relajación de los dominios de la matriz. Estos procesos fueron
influenciados por el contenido de carga y la porosidad de los compuestos.
Agradecimientos Este trabajo ha sido posible gracias al apoyo económico de la Fundación Antorchas
y del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). Se
agradece la donación de material por parte de Dow Chemical gracias a las gestiones
de Ariadna Spinelli y Alfredo Fahnle.
Referencias 1. T. Thongvigitmanee, GS. May, Twenty Sixth IEEE/CPMT International Electronics
Manufacturing Technology, Piscataway, USA, 2000, p. 47-54.
2. L. Ramajo, M. Reboredo, M. Castro, II Simposio Binacional de Polímeros
Argentino-Chileno -ARCHIPOL 2003, Viña del Mar, Chile. 2003, pp. 60.
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3. D. Senturia, MF. Sheppard, Composites Advance, Vol. 1, 1986.
4. G. Tsangaris, N. Kouloumbi, S. Kyvelidis, Interfacial relaxation phenomena in
particles composites of epoxy resin with copper or iron particles, Mat. Chem. and
Phys. 1996, 44:245-250
5. GC. Psarras, E. Manolakaki, GM. Tsangaris, Electrical Relaxation in polymeric
particulate composite of epoxy resin and metal particles, Composites Part A 2002,
33:375-384.
6. L. Ramajo, M. Reboredo, M. Castro, Jornadas Sam/Conamet 2003, Bariloche,
Argentina. 2003, pp. 11-08. DIELECTRIC RESPONSE AND RELAXATION PHENOMENA IN COMPOSITES OF
EPOXY RESIN WITH BARIUM TITANATE PARTICLES
ABSTRACT
In this work dielectric and relaxation behavior of composite materials (epoxy
resin – barium titanate) as a function of ceramic content were analyzed. The
composite was made mixing both components and pouring them into suitable glass
moulds. After that, the system was cured at 100ºC. The mixture was conformed using
tetrahydrofuran (THF) because it helped to reduce matrix viscosity. Density was
measured by Archimedes method and the microstructure was analyzed using
Scanning Electron Microscopy (SEM). Dielectric measurements of composites
showed that permittivity of composites depended on the filler content, but it did not
reduce the relaxation effect of the matrix. It was shown that higher titanate content
increased the porosity of the system, decreasing their dielectric behavior.
Key words: Composites, BaTiO3, dielectrics.
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