Dielektrik Malzemeler

Firmamız insan ve çevre sağlığına zarar vermeyen kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin, kapasitörlerin, termistörlerin, varistörlerin üretiminde kullanılan baryum titanat tozlarını geliştirmekte ve üretmektedir.

Baryum titanat tozlarının üretiminde sağlanan fiziksel ve kimyasal özellik kontrolü ile üstün elektriksel özellik performansları elde edilmektedir.

Elektriksel olarak yalıtkan olan dielektrik malzemeler elektrik alan altında polarize olabilirler (Şekil 1)

 

Elektrik alan altında dielektrik malzemenin polarizasyonu, polarization of dielectric material under applied electric field

Şekil 1. Elektrik alan altında dielektrik malzemenin polarizasyonu.

Dielektrik malzemelerin anlaşılabilmesinde önemli olan bazı kavramlar aşağıda paylaşılmıştır:

  • Geçirgenlik: Malzemenin polarize olup yük depolayabilme kabiliyeti.
  • Dielektrik Mukavemet: İki iletken arasındaki dielektrik malzemeyi bozulmaya uğratmadan uygulanabilen maksimum elektrik alan.
  • Dielektrik Kayıp: Farklı elektrik alanlarda dielektrik malzemede ısı olarak meydana gelen enerji kayıpları.

Çizelge 1. Bazı malzemelerin dielektrik sabitleri.

Bazı malzemelerin dielektrik katsayıları Çizelge 1’de sunulmuştur.

MALZEMEDİELEKTRİK SABİT
Hava1
Silika4
Alumina10
Tantalum Pentoksit27
Niyobyum Pentoksit42
Stronsiyum Titanat300
Baryum Titanat2000-10000

Dielektrik malzemeler farklı uygulamalarda kullanılabilmektedirler. Kablolar, elektronik sistemler (kapasitörler, yarıiletkenler, dönüştürücüler, algılayıcılar vb.) dielektrik malzemelerden üretilmektedirler. Silikon yağı, organik esterler gibi yalıtkan sıvılar da dielektrik sıvılara örnek olarak verilebilir.

Kapasitörler

Kapasitörler iki iletken arasında dielektrik malzeme bulunduran elektriksel elemanlardır. Kapasitörler frekans filtrleme, enerji depolama gibi alanlarda kullanılmaktadır. Süper kapasitörlerin gelişmesi ile elektrikli araçların kullanılabilir hale gelmesi birbirine bağlı olmuştur.

Kapasitörlerin üç çeşidi vardır. Bunlardan en temeli kuru bir ayraç içeren elektrostatik kapasitördür. Klasik yapıdaki bu kapasitör çok düşük kapasitans değerlerine sahip olup temel olarak radyo frekanslarını ayarlamada ve filtreleme işlemlerinde kullanılmaktadır. Bu kapasitörler düşük piko farad (pf) değerlerine sahiptir.

Diğer bir kapasitör çeşidi olan elektrolitik kapasitörler elektrostatik kapasitörlere göre daha yüksek kapasitans değerlerine sahiptirler. Piko farad’dan milyonlarca kez daha yüksek olan mikro farad (mF) değerlerindedirler. Bu kapasitörler sinyal filtreleme, ara belleğe alma, sinyal birleştirme işlemleri için kullanılırlar.

Üçüncü tip kapasitörler ise süper kapasitörlerdir. Süper kapasitörler elektrolitik kapasitörlere göre binlerce kez daha yüksek kapasitans değerlerine sahiptir. Süper kapasitörler hızlı yük akışının ve deşarj çevrimlerinin olduğu enerji depolama işlemlerinde kullanılırlar. Süper kapasitörlerde grafen ve karbon nano tüp dielektriklerinin yanısıra BaTiO3 nano partikülleri de kullanılmaktadır.

Seramik/polimer nano kompozit süper kapasitör sistemleri yüksek dielektrik katsayı, düşük kayıp ve yüksek dielektrik ‘breakdown’ mukavemetine sahiptirler. Anılan kompozitlerin geliştirilmesinde seramik nano partiküllerin yüzey modifikasyonu, polimer içerisinde dağıtılabilmeleri için kritik bir prosestir. Yüzey modifikasyonu prosesinde fonksiyonel ligantlar, polimer ile seramik arasındaki ıslatma, temas açısı, sürtünme ve kaplanma gibi davranışları kontrol etmek için kullanılmaktadırlar. Süper kapasitörler daha yüksek enerji depolama ve çok kısa sürede deşarj olabilme özellikleri ile lityum iyon ve kurşun esaslı pil teknolojilerinin yerini alan önemli malzemelerdir. Bu kapasitörler ayrıca yüksek güç yoğunluk değerleri ve çoklu şarj çevrimlerindeki uzun ömürleri ile diğer pillere göre avantaj sağlamaktadır. Süper kapasitörlerin sahip oldukları bu önemli özellikler akıllı telefonlar gibi enerji ihtiyaçlarının ön plana çıktığı uygulamalarda kendini göstermektedir. Bu tip uygulamalarda pil ömrünün arttırılması için kullanılabilmektedirler.

Trenler, uçaklar, otomobiller ve kamyonlarda kullanılan süper kapasitörler günümüzün 400 milyon $’lık süper kapasitör pazarının %40’ını oluşturmaktadır (Paumanok Publications Inc.). Süper kapasitörlerin taşımacılığın yanında, enerji hasadı, askeri, tıbbi uygulamalar, vinç sistemleri gibi endüstriyel uygulamalarla birlikte uzun ömürlü, enerji tasarruflu sokak lambalarının geliştirilmesine kadar çok önemli kullanım alanları bulunmaktadır. Seramik-polimer kompozit teknolojilerinin daha da gelişmesi ile artan elektrik ve ömür performansları ile daha çevreci sistemlerin gelişmesi sağlanacaktır.

ceramic capacitor code, seramik kapasitör kodları, dielektrik ceramic, dielektrik seramik

Ceramic Capacitor Code

kapasitör, capacitor, dielektrik malzemeler, dielectric materials, dielectric strength, dielektrik mukavemet

Supercapacitor technology for electric cars

Polimer-İnorganik Kompozitler

Nano ve mikro teknolojilerinin kullanılması yalıtım sistemlerinde yeni bakış açılarının gelişimini sağlamıştır. Baryum titanat, baryum stronsiyum titanat, AlN, katkılı çinko oksit vb. dolgu malzemeleri ile polimerlerin dielektrik özellikleri arttırılabilmektedir. Özellikle nükleer santraller düşük ve yüksek radyasyondan etkilenmeyecek, yüksek yalıtkanlıkta elektriksel elemanlara ihtiyaç duymaktadır.

polimer-inorganik dielektrik kompozitler, polymer-inorganic dielectric composites, kapasitör, capacitor

Wang Lab/Penn State