Compositos elastoméricos estructurados : estudio de los efectos magneto-piezoresistivos y su aplicación en dispositivos piezométricos

• Autores: Mietta, José Luis
• Año de publicación: 2016
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Negri, Ricardo Martín; Tamborenea, Pablo Ignacio
• Materia: PIEZORESISTIVIDAD; MAGNETORESISTENCIA; PERCOLACION; MONTE CARLO; COMPOSITO; ANISOTROPIA; PIEZORESISTIVITY; MAGNETORESISTANCE; PERCOLATION; MONTE CARLO; COMPOSITE; ANISOTROPY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los Compositos Elastoméricos Estructurados (SEC, por sus siglas eninglés) están formados por dispersiones de material inorgánico en una matrizelastomérica, en la cual se inducen propiedades anisotrópicas. La presente Tesis consta de un estudio experimental y teórico de sistemas SEC. En los sistemas experimentales estudiados, partículas que son simultáneamentemagnéticas y conductoras de la electricidad se encuentran dispersas enpolidimetilsiloxano (PDMS). La estructuración del material (por formaciónde cadenas de material inorgánico en la matriz polimérica) se logra curandola dispersión en presencia de un campo magnético intenso. El estudio experimental comenzó con la síntesis y caracterización de nanopartículas de magnetita (NPs) y la formación de agregados micrométricos NPs/plata, que están en estado superparamagnético y son conductores óhmicos. El sistema SEC obtenido luego del curado presenta piezoresistividad (laresistividad eléctrica, ρ, es función de la tensión mecánica aplicada) y magnetoresistencia (ρ es función del campo magnético aplicado luego del curadodel material). En esta Tesis se ha desarrollado también un sensor de tensiónmecánica basado en dicho SEC, incluyendo la implementación de contactos,encapsulamiento y la calibración de su respuesta. Estos sistemas pueden presentar Anisotropía Eléctrica Total (TEA, porsus siglas en inglés), es decir, conductividad eléctrica apreciable únicamenteen una dirección espacial, la de aplicación del campo magnético durante lapreparación. El estudio teórico comienza con el análisis mediante simulaciones Monte Carlo de cómo los parámetros estructurales de los sistemas SECinfluyen en la probabilidad de obtener TEA. En dichas simulaciones se computó la probabilidad de percolación en cada una de las direcciones característicasdel material estructurado. En la segunda etapa teórica se desarrolló unmodelo constitutivo de la respuesta piezoresistiva anisotrópica bajo la condición de TEA. Finalmente, se extendió dicho modelo con el fin de predecirla respuesta magnetoresistiva observada.
Elastomeric Structured Composites (SEC) are formed by inorganic materialdispersions in an elastomeric matrix, in which anisotropic propertiesare induced. This Thesis presents an experimental and theoretical study of SEC systems. In the studied experimental systems, particles which are simultaneouslymagnetic and electrically conductive are dispersed in polydimethylsiloxane (PDMS). The structuring of the material (by formation of chains of inorganicmaterial in the polymer matrix) is achieved by curing it in the presence ofan intense magnetic field. The experimental study started with the synthesis and characterizationof magnetite nanoparticles (NPs) and aggregate formation of micrometer NPs/silver, which are in a superparamagnetic state and are ohmic conductors. The SEC system obtained after curing has piezoresistivity (the electricalresitivity, ρ, is a function of applied stress) and magnetoresistance (ρ is afunction of a magnetic field applied after curing). In this Thesis it has beendeveloped also a mechanical stress sensor based on that SEC, including theimplementation of contacts, encapsulation and calibration of the response. These systems may present Total Electrical Anisotropy (TEA), that is,appreciable electrical conductivity only in one spatial direction, the one ofapplication of the magnetic field during preparation. The theoretical studystarts with the analysis by Monte Carlo simulations of how the structuralparameters of SECs ifluence the probability of TEA. In these simulationsthe percolation probability in each of the characteristic directions is computed. In the second theoretical stage a constitutive model of the anisotropicpiezoresistive response under conditions of TEA has been developed. Finally,this model is extended in order to predict the observed magnetoresistanceresponse.
Fil: Mietta, José Luis. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.