Mechanical and dielectric properties and crystalline behavior of multilayer graphite‐filled polyethylene composites

Abstract

As one of the duplicated cases of ultrathin polymer films, multilayer graphite/polymer composites are of great interests in various applications. Graphite/polyethylene (PE) composites with various layer numbers and graphite particle sizes were prepared by lamination. The mechanical and dielectric properties and crystalline behavior of the composites were investigated by scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry, tensile test, and dielectric strength test. With the same amount of graphite addition, the tensile strength of the composites increases with decreasing layer thickness, but decreases with increasing graphite particle size. The longitudinal tensile strength is greater than the transverse one. The tensile strength of the 3 6 -layer composites with a particle size of 15 μm has enhancements of 34.76 and 68.39% in the longitudinal and transverse directions compared with that of the single-layer pure PE film. The dielectric constant of the composites nonlinearly increases with decreasing layer thickness, while the dielectric loss is independent of this factor. The dielectric constant of the 3 6 -layer composites with a particle size of 15 μm is about two times as large as that of the single-layer pure PE film. The crystalline peak temperature and the crystallinity of the composites increase with the decrease in layer thickness. Coarsegrained molecular dynamics simulations were also carried out to understand the experimental observations by getting an insight into the microstructure of the multilayer composites. This work would be helpful for the production of optimized of multilayer graphite/polymer composites by lamination for electric energy storage.

The Martini Model in Materials Science

“…Martini models for fullerene, [ 67–69 ] carbon nanotubes (CNTs), [ 70–73 ] graphene [ 74–76 ] or MXene [ 77 ] flakes, clay nanoparticles, [ 78 ] and functionalized nanoparticles [ 79–81 ] have also been developed to study their interaction with both other synthetic or biomolecular systems. The C 60 fullerene model developed by Monticelli represents a good parametrization strategy for nanoparticles.…”

“…[ 172 ] Additionally, the self‐assembly of asphaltenes [ 82,176–179 ] has also been investigated, as their stability in solution strongly depends on temperature, pressure, and composition and is important in process and energy engineering. Other applications in the field of nanoparticle composite materials include polymer/graphene, [ 75 ] polymer/graphite, [ 180 ] polymer/clay [ 78 ] composites, and polymer–CNT–protein matrices for applications in the field of tissue regeneration. [ 181 ]…”

Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti

“…Accordingly, it may be possible to use PE thin film in micro and nano-size energy storage systems. [13], polar alüminyum trihidrat moleküllerinin düşük yoğunluklu polietilenin dielektrik özelliklerine etkisinin incelendiği [14], ışımaya maruz kalmış yüksek yoğunluklu polietilendeki moleküler rölaksasyonlara etkisinin incelendiği [15], kablolarda yalıtıcı olarak kullanılan çapraz bağlı polietilendeki dipolar rölaksasyonların incelendiği [16], düşük yoğunluklu polietilende α-rölaksasyonuna nemin etkilerinin incelendiği [17], yapay morötesi ışımaya maruz bırakılmış düşük yoğunluklu polietilenin dielektrik özelliklerinin incelendiği [18], karbon katkılı polietilen kompozitlerin dielektrik özelliklerinin incelendiği [19], yüksek elektrik alan etkisi altındaki düşük youğunluklu polietilenin dielektrik kayıp faktörünün incelendiği [20], düşük yoğunluklu polietilennin dielektrik özelliklerine asit uygulamalarının etkilerinin incelendiği [21], boron nitrat katkılı polietilen nanokompozitlerin güçlendirilmiş dielektrik özelliklerinin incelendiği [22], nanosilika katkılı düşük yoğunluklu polietilen kompozitlerin dielektrik özelliklerinin incelendiği [23], reaktif plazma polimerizasyon ile üretilmiş azot içeren plazma polietilenin dielektrik ve optik özelliklerinin incelendiği [24], grafit katkılı çok tabakalı polietilen kompozitlerin mekanik, dielektrik ve kristal özelliklerinin incelendiği [25], polipirol katkılı polietilenin DC iletkenlik özelliklerinin incelendiği [26] çalışmalar literatürden bilinmektedir. Bu çalışmalardan, ZnO partiküllerinin eklenmesi ile üretilmiş külçe boyutlarındaki polietilen nanokompozitlerin dielektrik özelliklerinin incelendiği [1], Si/SiO 2 katkılanmış külçe boyutlarında polietilen kompozitlerin dielektriksel, yapısal ve termal özelliklerinin incelendiği [3] ve Fe3O4 katkılanmış yüksek yoğunluklu polietilen nanokompozitlerin termal ve dielektrik özeliklerinin incelendiği [5] çalışmalarda külçe halindeki PE'nin yaklaşık 10 5 Hz de sahip olduğu dielektrik sabitin yaklaşık 2 olarak elde edilmiştir.…”

The Martini Model in Materials Science

“…understanding and optimizing such dispersion is of paramount importance for the processing of these materials; in the case of the 2D material MXene, Li et al probed three typical surfactants with different structural characteristics, finding that the surfactant with long hydrocarbon chain and positively charged head group can form stable bilayers at the surface with MXene, which has implications fot the thermal energy dissipation of the 2D material [68]. Other applications in the field of nanoparticle composite materials include polymer/graphene [66], polymer/graphite [143], polymer/clay [69] composites, and polymer-CNT-protein matrices for applications in the field of tissue regeneration [144].…”