Реферат
Введение 5
1 Композиционные материалы на основе углеродных нанотрубок 7
1.1 Композиционные материалы 7
1.2 Углеродные нанотрубки и их строение 9
1.3 Модель композиционного материала, содержащего углеродные нанотрубки 24
1.4 Методы измерения диэлектрической проницаемости. Резонаторный метод .. 27
2 Электромагнитные характеристики композитов на основе многостенных
углеродных нанотрубок в полиуретановой матрице 29
2.1 Изготовление образцов 29
2.2 Исследование электрофизических характеристик композитов 31
2.3 Исследование электромагнитного отклика композитов 40
Заключение 45
Список использованных источников 47
В настоящее время особое внимание уделяется экранированию электронных компонентов от электромагнитного излучения, испускаемого другими устройствами. Для достижения надлежащей защиты от электромагнитных помех требуются материалы с хорошей электропроводностью. До настоящего времени активно использовались экранирующие электромагнитные материалы, основанные на металлических листах, выполненных из стали, меди, никеля или алюминиевых сплавов. Благодаря такой комбинации достигалась высокая электропроводность и диэлектрическая проницаемость материалов. Однако, металлосодержащие защитные системы имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение, таких как: высокая плотность, плохая устойчивость к коррозии, ограничение
использования в областях, где требуется поглощение ЭМИ [1]. Данные недостатки возможно устранить, используя полимерные композиционные материалы с наполнителями - углеродными нанотрубками.
Особая структура УНТ обеспечивает им рекордные значения прочности при малом удельном весе, а также электропроводность в осевом направлении. Такие свойства УНТ в связи с тем, что их диаметр составляет всего несколько нанометров, а длина - от единиц до сотен микрон, определяют возможность создания композиционных материалов с высокими значениями прочности, электропроводности и радиопоглощения.
Для разработки радиопоглощающих и радиоотражающих покрытий на основе углеродных наноструктур необходимо проводить исследование электромагнитных характеристик образцов данных материалов. Основными электромагнитными параметрами любого вещества, характеризующими взаимодействие электромагнитной волны с материалами, является диэлектрическая е и магнитная р проницаемости. Знание диэлектрических проницаемостей вещества имеет большое значение в физике, химии и технике. Развитие науки последних лет расширило области применения диэлектриков, выдвинуло новые проблемы в изучении их свойств. Диэлектрическая проницаемость имеет глубокий физический смысл.
Действительная часть диэлектрической проницаемости (е') является мерой того, сколько энергии внешнего электрического поля запасено в материале или показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в этой среде меньше, чем в вакууме.
Мнимая часть диэлектрической проницаемости (е'') называется коэффициентом потерь и является мерой потерь энергии или того, как сильно материал поглощает энергию внешнего электрического поля.
В связи с этим, исследование электромагнитных характеристик новых материалов, которые эффективно отражают или поглощают ЭМИ, с целью выбора оптимального состава или строения, отработка достоверных методик измерения и измерительных средств являются актуальными задачами.
Цель работы - исследование электромагнитных характеристик радиопоглощающих и радиоотражающих покрытий на основе углеродных наноструктур.
Задачи, которые необходимо выполнить для решения поставленной цели:
1. обзор литературы;
2. подбор состава композиционного материала;
3. изготовление экспериментальных образцов:
а) сплошных;
б) пористых.
4. исследование электромагнитных характеристик композитных материалов.
В результате выполнения работы был проведен литературный обзор, изготовлены экспериментальные образцы, проведены исследования электромагнитного отклика и частотной зависимости диэлектрической проницаемости в диапазоне от 3-13 ГГц для образцов композиционных материалов на основе многостенных углеродных нанотрубок с различным весовым содержанием, а также на основе сегнетоэлектрика BaTiOs в массовой концентрации 10 и 20 вес.%.
Показано, что добавление многостенных нанотрубок в композит приводит к повышению диэлектрической проницаемости, особенно в области низких частот 35 ГГц. Так же в ходе работы было выявлено, что композитные материалы с весовым содержанием МУНТ 0,75 % и «Таунит-М» обладают поглощающими свойствами и могут быть использованы в качестве радиопоглощающих материалов, для снижения электромагнитного фона в помещениях, создаваемого излучением Wi-Fi сетей, компьютеров и т.д., работающих на частоте 2,4 ГГц. Установлено, что поглощающие свойства материала зависят от концентрации МУНТ.
Результаты измерений коэффициента отражения могут быть использованы для оценки эффективности композиционных материалов при использовании в качестве устройств, снижающих интенсивность электромагнитного излучения в диапазоне частот 1 - 10 ГГц.
Результаты работы представлены на XV и XVI Всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов, на III International Workshop on Electromagnetic Properties of Novel Materials (Skoltech, Moscow, 18-20.12.2018) и приняты к опубликованию в следующих сборниках:
1 Поцелуева А.А. Исследование коэффициента отражения композитных материалов на основе многостенных углеродных нанотрубок / А.А. Поцелуева, С.О Ходовицкий // Научный потенциал молодежи и технический прогресс: труды I Международной студенческой научно-практической конференции. Россия, Санкт- Петербург, 11 мая 2018 г. - Санкт-Петербургский филиал Научноисследовательского центра «Машиностроение», 2018. С. 118- 119.
2 Поцелуева А.А. Коэффициент прохождения плоских композитных образцов на основе МУНТ / А.А Поцелуева, О.А Доценко // Труды XV Всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов. Россия, Томск, 17 - 18 мая 2018 г. С. 26-29.
3 Поцелуева А.А. Диэлектрическая проницаемость композиционных материалов, содержащих сегнетоэлектрик и многостенные углеродные нанотрубки / А.А. Поцелуева, В.С. Доценко // IV Российско-Белорусский семинар «Углеродные наноструктуры и их электромагнитные свойства». Россия, Томск, 21-24 апреля 2019 г. (в печати)
