Аннотация
Введение 3
1 Измерение электрофизических свойств материалов 4
1.1 Квазиоптический метод измерения диэлектрической
проницаемости 4
1.2 Конденсаторный метод измерения диэлектрической проницаемости 7
1.3 Температурные измерения электрофизических свойств материалов 8
1.4 Обеспечение температурной стабилизации образцов 9
2 Теоретическая часть 11
2.1 Аппаратная реализация нагревательного модуля 14
2.2 Программная реализация пропорционально-интегральнодифференциального регулятора температуры 16
3 Экспериментальная часть 20
3.1 Сборка модуля управления нагревателем 20
3.2 Влияние параметров пропорционально-интегрально-дифференциального
регулятора на стабильность температуры 22
3.3 Изготовление образцов на основе порошка титаната бария 24
3.4 Изготовление образцов композиционных материалов на основе эпоксидной
смолы и порошка титана бария 26
3.5 Измерение диэлектрической проницаемости материалов конденсаторным
методом 29
3.6 Влияние размерных характеристик наполнителя на диэлектрическую
проницаемость композитных материалов 32
Заключение 34
Список использованных источников и литературы 36
Приложение А (справочное) Код программы управления модулем нагрева 38
... отсутствуют 2 и 3 разделы
Изучение электрофизических характеристик различных веществ представляет собой важное направление фундаментальной науки, особенно в контексте развития современных высокочастотных технологий. Эти исследования находят применение в самых разных сферах - от разработки радиопоглощающих покрытий, способных минимизировать вредное воздействие электромагнитных волн на живые организмы, до создания материалов для генерации сверхмощного излучения.
Особую значимость приобретает анализ влияния температуры на электрофизические параметры материалов, поскольку их свойства часто существенно зависят от термических условий. В связи с этим комплексное исследование температурных зависимостей таких характеристик остается одной из ключевых задач в данной области науки, таких как сегнетоэлектрики. Эти материалы, обладая высокой диэлектрической проницаемостью и спонтанной поляризацией, широко применяются в СВЧ - элементах, фазовращателях, сенсорах и фильтрах. Их характеристики зависят от температуры и фазовых переходов, что требует глубокого анализа.
Проводимые изыскания позволяют целенаправленно создавать материалы с заранее заданными параметрами электропроводности и диэлектрической проницаемости, которые остаются неизменными в широком температурном диапазоне. Это имеет важное значение для современных производственных технологий, где требуются стабильные характеристики материалов при эксплуатации в разных условиях.
Целью работы является - исследование температурных зависимостей электромагнитных характеристик композитов на основе титаната бария
Для этого необходимо решить следующие задачи:
а) Провести литературный обзор по тематике исследования.
б) Разработать схемотехническое решение модуля нагревателя диафрагмы.
в) Изготовить и протестировать модуль нагревателя.
г) Изготовить исследуемые образцы материалов.
д) Провести измерения температурных зависимостей электрофизических свойств титаната бария.
е) Написать текст отчета.
При выполнении работы получены следующие результаты:
а) проведен литературный обзор по теме курсовой работы;
б) создан лабораторный макет системы нагрева образцов материалов;
в) написано программное обеспечение на языке программирования С++ для управления системой;
г) проведено тестирование системы нагрева в лаборатории терагерцовых исследований Национального исследовательского Томского государственного университета;
д) изготовлены образцы из порошка титаната бария (ВаПОз), включающее этапы прессования и спекания;
е) получены образец композиционного материалов на основе эпоксидной смолы с добавлением порошка ВаПОз;
ё) проведены измерения диэлектрической проницаемости полученных образцов материалов методом конденсатора в диапазоне частот 20 Гц - 2 МГц;
ж) измерена температурная зависимость комплексной диэлектрической проницаемости образцов ВаПОз в интервале температур от -21 до 125 °С;
з) разработанная нагревательная система с ПИД-регулировкой обеспечивает поддержание заданной температуры в диапазоне 30 - 130 °C;
и) для образца материала, изготовленного из порошка титаната бария с размерами частиц менее 1 мкм путем прессование при нагрузке 10 тонн и последующем обжиге при температуре 1250 °C наблюдается два пика на температурной зависимости диэлектрической проницаемости в районе 10 °C и 123 °C, связанные с переходом из ромбический в тетрагональную и из тетрагональной в кубическую фазу кристаллической решетки;
й) в композите на основе эпоксидной смолы и 50 масс. % титаната бария в виде агломератов наблюдается увеличения максимума диэлектрической проницаемости от 18,3 до 30,4 отн. ед. при изменение размера агломератов от 100 до 315 мкм и температуре
перехода кристаллической решетки из тетрагональной в кубическую фазу.
Результаты выполнения работы представлены на «Всероссийской конференции студенческих научных исследований и инноваций» и Всероссийском конкурсе студенческих и школьных проектов «Радиофизика, измерения, автоматизация».
Получены дипломы 3й степени за доклад на «Всероссийской конференции студенческих научных исследований и инноваций» и диплом 3й степени за проект «Система нагрева исследуемых образцов материалов с ПИД регулированием» на Всероссийском конкурсе студенческих и школьных проектов «Радиофизика, измерения, автоматизация».
Измерения проводились на оборудовании Центра коллективного пользования «Центр радиоизмерений ТГУ».
Выражаю благодарность за оказанную помощь в измерениях и расчетах Дорожкину К.В., Бадьину А.В., а также Кулешову Г.Е. за предоставленные материалы.
