Введение 4
1. Методы импульсной терагерцовой спектроскопии (литературный обзор) 5
1.1 Т ерагерцовый диапазон 5
1.2 Генерация и детектирование за счет линейных эффектов в полупроводниках 6
1.2.1 Фотопроводящие антенны
1.2.2 Встроенное поле 7
1.2.3 Детектирование методом электрооптического стробирования 8
1.3 Принципы терагерцовой спектроскопии во временной области 9
1.4 Схема установки 11
1.5 Углеродные нанотрубки 12
1.6 Классификация углеродных нанотрубок 15
1.7 Постановка задачи 17
2. Схема и принцип работы экспериментальной установки. Методика измерений 18
2.1 Методика измерений и детектирование терагерцового излучения 18
2.2 Измерения диэлектрических свойств 20
2.3 Моделирование эффективной среды 23
2.4 Изготовление композитов 23
3. Результаты эксперимента 25
3.1 Исследование диэлектрических проницаемостей композитов на основе 25
многостенных углеродных нанотрубок в полиэтилене
3.2 Исследование проводимости композитов на основе многостенных 27
углеродных нанотрубок в полиэтилене
Заключение 30
Литература 31
В последние годы ведутся интенсивные исследования в области разработки и исследования композиционных материалов, в том числе армированных керамических материалов (новые строительные материалы с повышенной прочностью), электронных и фотонных материалов с заданными микроволновыми и оптическими свойствами, а также биоматериалов . Такие материалы могут эффективно применяться при высоко- и низкотемпературных условиях и в окисляющих средах. Как правило, применимость разнообразных микро- и нано-кристаллов, а также различных матричных материалов проверяется для использования в композитных технологиях.
Одним из возможных применений нанокомпозитов связано с созданием материалов с заданным диэлектрическим откликом в выбранном диапазоне частот. В частности, новые нанокомпозиты могут быть востребованы для применений терагерцовом диапазоне частот, где набор материалов с известными и настраиваемыми свойствами очень ограничен . В данной работе были получены композиционные материалы, образованные из многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ), внедренных в матрицу из полиэтилена (ПЭ) с использованием различных процедур. Исследовалась их диэлектрическая восприимчивость в терагерцовом диапазоне. Для моделирования записанных экспериментальных спектров, использовалось приближение эффективной среды.
В результате выполненной работы подтверждено, что диэлектрические проницаемости МУНТ/ПЭ могут плавно варьироваться путем изменения содержания МУНТ. Найдены подгоночные параметры модели эффективной среды. Обнаружено, что для МУНТ/ПЭ с малым содержанием МУНТ (0,1 и 0,5 масс. %) диэлектрические свойства близки к свойствам чистого полиэтилена. На основе полученных результатов можно сделать вывод, что такая модель может применяться для приближенного описания диэлектрических проницаемостей МУНТ/ПЭ.
Диэлектрические проницаемости исследованных типов композитов с различным содержанием нанотрубок могут быть рассчитаны на основе подстановки в формулы для модели эффективной среды следующих параметров: композиты МУНТ/ПЭ тип 1: а р 2п = 13,02 ТГц, в cnt” = 2,7, Г 2п = 28,81 ТГц; композиты МУНТ/ПЭ тип 2: тр/2п = 9,83 ТГц, £ cnt” = 2,23, Г 2п = 29,08 ТГц; композиты МУНТ/ПЭ тип 3: тр/2п = 11,63 ТГц, £ cnt” = 2,55, Г 2п = 23,11 ТГц; композиты МУНТ/ПЭ тип 4: тр/2п = 11,76 ТГц, £ cnt” = 2,58, Г 2п = 33,49 ТГц. Содержание нанотрубок должно быть учтено путем подстановки соответствующих значений фактора заполнения.
