RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.4 MEDIDAS DE IMPEDÂNCIA ELÉTRICA
4.4.2 Permissividade elétrica do CL E7 confinado em cavidades microvolumétricas em função temperatura
A amostra de PDLC utilizada nessa seção foi preparada em ambiente estéril (sala limpa) no CTI Renato Archer. O polímero NOA 65 foi misturado com o CL E7 em uma proporção de 50%/50% em massa, e a polimerização se deu em uma fonte UV (350nm) de alta potência (3500W) durante uma exposição de 30 segundos, suficiente para que houvesse cura completa da solução de monômeros.
A amostra constituiu o meio dielétrico de um capacitor de placas paralelas com características idênticas ao capacitor utilizado nas medidas do E7 confinado em placas paralelas. As medidas foram realizadas em um intervalo de frequência de 10mHz a 10MH, com a temperatura variando de 8 ºC até 75ºC.
As Figs. 4.50-4.53 ilustram o comportamento da componente real da permissividade elétrica relativa do compósito CL+Polímero, em diferentes intervalos de frequência. É importante relatar, que um comportamento de Debye foi observado, tratando-se, portanto, de um processo de relaxação dielétrica simples, que num primeiro momento poderia ser descrito pela equação de Debye, devido à inexistência de distorções e deslocamentos verticais dos semicírculos, observadas no diagrama de Cole – Cole.
Figura 4.50 – Componente real da permissividade elétrica relativa do PDLC em diferentes
Figura 4.51 – Componente real da permissividade elétrica relativa do PDLC em diferentes
frequências e temperaturas.
Figura 4.52 – Componente real da permissividade elétrica relativa do PDLC em diferentes
Figura 4.53 – Componente real da permissividade elétrica relativa do PDLC em diferentes
frequências e temperaturas.
Embora possam ser descritas pela teoria de Debye, é fácil verificar que a componente real da permissividade elétrica relativa é constituída pela superposição de mais de dois elementos de contribuição, sendo eles: a contribuição das moléculas polares do CL, a contribuição das moléculas polares de polímero e, por fim, a contribuição das cargas livres contidas no meio líquido - cristalino e possivelmente na matriz polimérica.
Essa constatação pode ser confirmada por meio dos ajustes aplicados nos dados experimentais ilustrados nas Figs. 4.54- 4.56.
Com base nos dados experimentais, pôde-se constatar a existência de no mínimo três picos de relaxação dielétrica, cuja existência pode ser atribuída a três processos distintos de relaxação dielétrica.
O primeiro processo, em frequências inferiores a 500 Hz, levaria a um tempo característico de relaxação igual a 0,33msem 13ºC, 0,98ms em 54,5 ºC e 0,42ms em 70ºC, caracterizando, portanto, um processo de relaxação por movimento de cargas livres [10-13].
Figura 4.54 – Permissividade elétrica relativa do PDLC em diferentes freqüências. As linhas,
amarela e ciano, indicam um ajuste resultante da superposição, com as equações de Debye.
O segundo processo pode ser atribuído à polarização das moléculas que constituem o meio polimérico, e ocorre em frequências inferiores a 100KHz, de forma que seus tempos de relaxação característicos são dados por:15,9µs em 13ºC, 3,98µs em 54,5ºC e 1,59µs em 70ºC, caracterizando portanto um processo de relaxação de moléculas polares [10-13].
Por fim, o terceiro processo, pode ser atribuído à polarização das moléculas que constituem o meio líquido-cristalino, e ocorre em frequências inferiores a 500KHz e nesse caso, seus tempos de relaxação dielétrica característicos serão dados por: 0,3µs em 13ºC ,0,6µs em 54,5 e 0,6µs70ºC.
É razoável esperar que o tempo característico de um líquido polar seja menor que o tempo característico de um meio polar sólido. Nesse caso, a mobilidade das moléculas é muito maior no meio líquido, graças a menor viscosidade, quando comparado ao meio polimérico sólido.
Nesse contexto, pode-se assumir que o terceiro processo de relaxação dielétrica também é atribuído à relaxação de moléculas polares [10-13], porém com maior mobilidade que aquelas descritas no segundo processo de relaxação.
Figura 4.55 – Permissividade elétrica relativa do PDLC em diferentes frequências. As linhas,
amarela e ciano, indicam um ajuste resultante da superposição, com as equações de Debye.
Figura 4.56 – Permissividade elétrica relativa do PDLC em diferentes frequências. As linhas,
A função de ajuste utilizada é descrita por meio da Eq. (4.2):
(
1) (
2)
(
3)
3 1 2 *( ) 1 i D 1 i D 1 i D ε ε ε ε ω ε ωτ ωτ ωτ ∞ ∆ ∆ ∆ − = + + − − − (4.2)A escolha da equação de ajuste se deu em função da análise do diagrama de Cole – Cole, ilustrado na Fig. 4.57, onde não se observa distorção nos semicírculos, e pode ser reforçada com a análise da Fig. 4.59, que mostra o ângulo ϕ da reta tangente ao semicírculo, inerente as equações de Cole – Davidson e Havriliak – Negami, não justificando , portanto, a aplicação desses modelos empíricos.
Figura 4.57 – Diagrama de Cole – Cole para o PDLC, em diferentes temperaturas.
O circuito elétrico equivalente pode ser a composição de uma associação paralela de três capacitores e um resistor variável, ligados em série a um resistor equivalente a resistência dos eletrodos e cabos externos, representados pela Fig. 4.58.
A capacitância equivalente será dada por: 1 2 3 C C= +C +C 1 2 3 A A A C d d d ε ε ε = + +
(
1 2 3)
A C d ε ε ε = + + 1 2 3 * * * * r ε =ε +ε +ε (4.3)Figura 4.59 – Parâmetro ϕ da reta tangente ao semicírculo, inerente as equações de Cole –
Davidson e Havriliak – Negami.
As Figs. 4.60-4.64 ilustram o comportamento da componente imaginária da permissividade elétrica relativa da amostra de PDLC estudada.
Tal qual nas medidas de transmitância óptica, é possível verificar dois pontos de transição de fases, vistos de diferentes ângulos nas Figs. 4.63-4.65. É possível verificar ainda, que, à partir de dadas temperaturas, a existência de um pico de perda dielétrica em baixa frequência, que é tão nítido, quanto maior a temperatura da amostra, pode ser observado.
Esse pico em baixa frequência é resultante do movimento de translação dos íons presentes no CL confinado no interior da cavidade.
Figura 4.60 – Componente imaginária da permissividade elétrica relativa do CL E7 em
diferentes frequências e temperaturas.
Figura 4.61 – Componente imaginária da permissividade elétrica relativa do CL E7 em
Figura 4.62 – Componente imaginária da permissividade elétrica relativa do CL E7 em
diferentes frequências e temperaturas.
Figura 4.63 – Componente imaginária da permissividade elétrica relativa do CL E7 em
Figura 4.64 – Componente imaginária da permissividade elétrica relativa do CL E7 em
4.4.3 Permissividade elétrica do CL E7 confinado entre placas paralelas em função do