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Chitosan-ZnO Nanocomposites Assessed by Dielectric Mechanical and Piezoelectric Properties

机译：壳聚糖-ZNO纳米复合材料通过电介质机械和压电性能评估

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摘要

The aim of this work is to structurally characterize chitosan-zinc oxide nanoparticles (CS-ZnO NPs) films in a wide range of NPs concentration (0–20 wt.%). Dielectric, conductivity, mechanical, and piezoelectric properties are assessed by using thermogravimetry, FTIR, XRD, mechanical, and dielectric spectroscopy measurements. These analyses reveal that the dielectric constant, Young’s modulus, and piezoelectric constant (d33) exhibit a strong dependence on nanoparticle concentration such that maximum values of referred properties are obtained at 15 wt.% of ZnO NPs. The piezoelectric coefficient d33 in CS-ZnO nanocomposite films with 15 wt.% of NPs (d33 = 65.9 pC/N) is higher than most of polymer-ZnO nanocomposites because of the synergistic effect of piezoelectricity of NPs, elastic properties of CS, and optimum NPs concentration. A three-phase model is used to include the chitosan matrix, ZnO NPs, and interfacial layer with dielectric constant higher than that of neat chitosan and ZnO. This layer between nanoparticles and matrix is due to strong interactions between chitosan’s side groups with ZnO NPs. The understanding of nanoscale properties of CS-ZnO nanocomposites is important in the development of biocompatible sensors, actuators, nanogenerators for flexible electronics and biomedical applications.
机译：该工作的目的是在宽范围的NPS浓度（0-20重量％）中在结构上表征壳聚糖 - 氧化锌纳米颗粒（Cs-ZnO NPS）膜。通过使用热重试验，FTIR，XRD，机械和介电光谱测量来评估介质，导电性，机械和压电性能。这些分析表明，介电常数，杨氏模量和压电常数（D33）表现出强烈依赖纳米颗粒浓度，使得在15重量％的ZnO NPS的ZnO NP获得的最大值。 CS-ZnO纳米复合膜中的压电系数D33，15重量％。NPS（D33 = 65.9cc / N）的百分比高于大多数聚合物 - ZnO纳米复合材料，因为NPS的压电性的协同效应，Cs的弹性性能和最佳NPS浓度。三相模型用于包括壳聚糖基质，ZnO NPS和界面层，其介电常数高于整齐的壳聚糖和ZnO。纳米颗粒和基质之间的该层是由于壳聚糖侧基与ZnO NPS之间的强相互作用。对Cs-ZnO纳米复合材料的纳米级性能的理解是在柔性电子和生物医学应用的生物相容传感器，致动器，纳米液体的开发中是重要的。

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