📄Работа №201103
Тема: СОСТАВЫ И НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОРИСТОГО СТЕКЛОКОМПОЗИТА С РАДИОПОГЛОЩАЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ
Характеристики работы
Тип работы
Диссертация
Предмет
Материаловедение
Объем:
146 листов
Год:
2021
Просмотров:
72
700
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОРИСТЫХ
СТЕКЛОКОМПОЗИТОВ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 11
1.1 Составы, свойства и применение пористых стекломатериалов, полученных на основе сырья
различного происхождения 11
1.2 Проблемы совершенствования технологии пористых стеклокомпозитов 19
1.3 Механизм взаимодействия электромагнитного 23
излучения с пористым материалом 23
1.4 Электрофизические параметры, обеспечивающие поглощающие свойства материала, при
взаимодействии с электромагнитным излучением 28
1.5 Постановка цели и задач исследования 33
2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОЛОГИЯ РАБОТЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ 35
2.1 Характеристика сырья и исходных материалов 35
2.1.1 Кремнеземистый наполнитель 35
2.1.2 Матрица и газообразователь 38
2.1.3 Функциональные добавки: карбид кремния, арсенид галлия, оксид железа 41
2.2 Методы исследования 48
2.2.1 Физико-химические методы исследования 49
2.2.2 Методы исследования радиопоглощающих свойств стеклокомпозита 54
2.2.3 Методология работы 56
3 СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И СВОЙСТВА ПОРИСТОГО СТЕКЛОКОМПОЗИТА 58
3.1 Разработка базового состава композиции для низкотемпературного получения пористого
стеклокомпозита 58
3.2 Зависимость плотности и прочности стеклокомпозита от температурно-временных условий его
синтеза 70
3.3 Вязкость жидкостекольной композиции и ее влияние на порообразование стеклокомпозита .. 75
3.4 Влияние добавок жидкостекольной композиции на структуру и свойства пористого
стеклокомпозита 84
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 96
4.1 Влияние структуры пористого стеклокомпозита на радиопоглощающие свойства 99
4.1 Исследование взаимодействия пористого стеклокомпозита с наполнителем с высокочастотным
электромагнитным излучением 109
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 116
5 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОПОГЛОЩАЮЩЕГО 118
ПОРИСТОГО СТЕКЛОКОМПОЗИТА 118
5.1 Технология получения пористого стеклокомпозита с добавками 118
5.2 Экологические аспекты использования отходов 122
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 126
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 127
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 129
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 130
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 145
1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОРИСТЫХ
СТЕКЛОКОМПОЗИТОВ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 11
1.1 Составы, свойства и применение пористых стекломатериалов, полученных на основе сырья
различного происхождения 11
1.2 Проблемы совершенствования технологии пористых стеклокомпозитов 19
1.3 Механизм взаимодействия электромагнитного 23
излучения с пористым материалом 23
1.4 Электрофизические параметры, обеспечивающие поглощающие свойства материала, при
взаимодействии с электромагнитным излучением 28
1.5 Постановка цели и задач исследования 33
2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОЛОГИЯ РАБОТЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ 35
2.1 Характеристика сырья и исходных материалов 35
2.1.1 Кремнеземистый наполнитель 35
2.1.2 Матрица и газообразователь 38
2.1.3 Функциональные добавки: карбид кремния, арсенид галлия, оксид железа 41
2.2 Методы исследования 48
2.2.1 Физико-химические методы исследования 49
2.2.2 Методы исследования радиопоглощающих свойств стеклокомпозита 54
2.2.3 Методология работы 56
3 СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И СВОЙСТВА ПОРИСТОГО СТЕКЛОКОМПОЗИТА 58
3.1 Разработка базового состава композиции для низкотемпературного получения пористого
стеклокомпозита 58
3.2 Зависимость плотности и прочности стеклокомпозита от температурно-временных условий его
синтеза 70
3.3 Вязкость жидкостекольной композиции и ее влияние на порообразование стеклокомпозита .. 75
3.4 Влияние добавок жидкостекольной композиции на структуру и свойства пористого
стеклокомпозита 84
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 96
4.1 Влияние структуры пористого стеклокомпозита на радиопоглощающие свойства 99
4.1 Исследование взаимодействия пористого стеклокомпозита с наполнителем с высокочастотным
электромагнитным излучением 109
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 116
5 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОПОГЛОЩАЮЩЕГО 118
ПОРИСТОГО СТЕКЛОКОМПОЗИТА 118
5.1 Технология получения пористого стеклокомпозита с добавками 118
5.2 Экологические аспекты использования отходов 122
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 126
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 127
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 129
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 130
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 145
📖 Аннотация
В данной диссертационной работе разработаны составы и низкотемпературная технология получения пористого стеклокомпозита с радиопоглощающими свойствами в крайне высокочастотном (КВЧ) диапазоне. Актуальность исследования обусловлена растущим спросом на эффективные и пожаробезопасные поглотители электромагнитного излучения для применения в безэховых камерах, медицине и высокочастотной электронике, особенно в малоизученной области 30–300 ГГц. Основным результатом является установление научных положений, позволяющих создавать пористые структуры с заданными характеристиками на основе жидкостекольной матрицы, стеклянного порошка и полупроводниковой добавки (карбид кремния). Установлено, что введение дисперсных наполнителей повышает эффективность поглощения ЭМИ в диапазоне 120–250 ГГц и улучшает прочностные свойства материала. Ключевым технологическим преимуществом является энергосберегающий синтез при температурах до 70°C с использованием доступного сырья, включая стеклобой, что обеспечивает экологическую и экономическую целесообразность. Научная значимость работы заключается в углублении понимания физико-химических процессов формирования пористой структуры, изученной методами рентгенофазового анализа и электронной микроскопии, что подтверждает преимущественно аморфную природу композита с включением кристаллических полупроводниковых частиц. Практическая ценность состоит в создании основ для производства неорганических широкополосных поглотителей, стабильных в условиях пониженной влажности. Исследование развивает идеи, представленные в трудах В.Е. Маневича о полифункциональных пеноматериалах, Л.М. Сулименко в области общей технологии силикатов, а также О.В. Суворовой и Х.М. Дейсела, рассматривающих использование техногенных отходов для получения пористых стеклокерамик.
📖 Введение
Актуальность исследования. В последнее время радиопоглощающие материалы стали востребованы в разных отраслях и получили широкое применение, начиная с медицины и заканчивая высокочастотными устройствами, что объясняет актуальность данного исследования. Особенно это относится к поглотителям крайне высоких частот (30-300 ГГц), как наиболее интенсивно развивающейся и в тоже время наименее изученной группы материалов.
Перспективными поглотителями электромагнитного излучения (ЭМИ) крайне высоко частотной (КВЧ) области являются пористые композиты с малым коэффициентом отражения электромагнитной волны. Пористая структура с размером пор соизмеримым с длиной волны предопределяет поглощение волн. Присутствие в составе матрицы веществ, преобразующих ЭМИ в другие виды энергии, позволяет повысить эффективность и широкополосность поглотителя. С этой целью в состав композита вводят различные наполнители, включая углеродные нанотрубки и волокна, микросферы, ферромагнитные частицы, графитовые и полупроводниковые добавки. К радиопоглотителям данного диапазона частот предъявляют высокие требования.
Установление научных положений по созданию пористых структур, отвечающих современным требованиям, позволит получать эффективные и пожаробезопасные поглотители с заданными характеристиками, которые имеют большие перспективы. Актуальными являются исследования по созданию пористых радиопоглощающих материалов по энергосберегающему способу.
Для решения вышеперечисленных задач в качестве модели предложен пористый неорганический стеклокомпозит, состоящий из стекловидной матрицы и микроразмерных кристаллических частиц в межпоровой перегородке. Пористая структура и частицы, обладающие определенными электрофизическими свойствами, придают материалу способность поглощать электромагнитное излучение.
Диссертационная работа выполнялась при поддержке гранта РФФИ по теме «Исследование физико-химических процессов формирования структуры пористого стеклокомпозита и разработка научных основ создания новых материалов полифункционального назначения» (№ 3.2121. РФФИ 2.2019).
Степень разработанности темы. Существенный вклад в изучение радиопоглотителей внесли ученые ВИАМ (г. Москва), специалисты «Центра радиоизмерений» ТГУ (г. Томск), представители концерна «Вега» (г. Москва) и др. Разработке составов и технологий пористых силикатных материалов посвящены труды ученых РХТУ им. Д.И. Менделеева (г. Москва), БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород), ученых ЮРГПУ им. М.И. Платова (г. Новочеркасск), а также исследования научных групп ПНИПУ (г. Пермь) и ТПУ (г. Томск). Несмотря на многочисленные исследования по радиопоглотителям, пористые стеклокомпозиты с радиопоглощающими свойствами изучены мало, особенно это относится к диапазону более 100 ГГц.
Объект исследования - пористый стеклокомпозит, полученный на основе жидкостекольной композиции с радиопоглощающими добавками
полупроводникового типа.
Предмет исследования - физико-химические процессы формирования пористой структуры стеклокомпозита низкотемпературным способом, обладающего способностью поглощать электромагнитное излучение в диапазоне крайне высоких частот.
Цель работы - разработка научных положений по созданию пористых стеклокомпозитов по низкотемпературной технологии с радиопоглощающими свойствами в диапазоне 120 - 250 ГГц.
Задачи для достижения поставленной цели:
1. Исследование свойств исходных компонентов и физико-химических процессов, протекающих при получении пористого стеклокомпозита.
2. Разработка базового состава для получения стеклокомпозита и определение условий формирования его пористой структуры.
3. Исследование влияния добавок полупроводникового типа (SiC, GaAs, Fe3O4) на физико-механические и электрофизические свойства композита.
4. Разработка низкотемпературной технологии получения пористого радиопоглощающего стеклокомпозита и исследование его свойств.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что формирование равномерной мелкопористой (размер пор
до 2 мм) структуры стеклокомпозита при температуре 65 ± 5 °С из
жидкостекольной композиции, включающей 57 ± 3 мас. % стеклопорошка с удельной поверхностью 350 м2/кг, 35 ±1 мас. % жидкого натриевого стекла с модулем 2,5 и 1 мас. % гидрофильной алюминиевой пудры, обеспечивается при водотвердом соотношении в системе 0,35, при динамической вязкости композиции 1,5±0,2 Па-с и порообразования за счет реакции взаимодействия дисперсной алюминиевой пудры с гидроксидом натрия.
2. Установлено, что с увеличением дисперсности частиц добавки достигается возможность увеличения их количества в композиции. Для БезОд с размером частиц 160 мкм содержание добавки составляет 10 мас. % от содержания стеклопорошка, для смеси GaAs с SiC (33 мкм) - 20 мас.%, для SiC (6 мкм) - 30 мас. %. При частичной замене стеклопорошка на порошок карбида кремния изменение вязкости жидкостекольной композиции компенсируется дополнительным газообразованием карбида кремния с гидроксидом натрия и увеличением прочности низкотемпературного стеклокомпозита в 1,6 раза за счет армирующей роли игольчатых кристаллов SiC.
3. Установлено, что добавки полупроводникового типа усиливают радиопоглощающие свойства, присущие пористому материалу, за счет дополнительных диэлектрических потерь, связанных с эффектами дипольной поляризации и релаксации. По увеличению коэффициента поглощения электромагнитного излучения добавки располагаются в ряд GaAs-Fe3O4-SiC и обеспечивают значение коэффициента стеклокомпозита в диапазоне частот 120 - 250 ГГц от 74 до 95 % в зависимости от среднего размера пор. Максимально эффективное поглощение для образцов с карбидом кремния обусловлено его концентрацией (30 мас. %) и пористостью композита (86 %).
Теоретическая значимость работы заключается в получении новых данных по составу и процессам формирования пористой структуры стеклокомпозита по низкотемпературной технологии и управления его радиопоглощающими свойствами путем дополнительного введения в состав частиц SiC, смеси SiC и GaAs, ВезОд определенной дисперсности и концентрации.
Практическая значимость работы:
1. Предложен состав жидкостекольной композиции для получения низкотемпературного стеклокомпозита и определены условия формирования пористой структуры с заданными характеристиками.
2. Установлены критерии управления процессом порообразования стеклокомпозита с активными добавками полупроводникового типа, способного поглощать электромагнитное излучение в диапазоне крайне высоких частот 120 - 250 ГГц.
3. Предложена низкотемпературная технология получения пористого стеклокомпозита, обладающего улучшенными радиопоглощающими свойствами путем введения активных добавок SiC, смеси SiC и GaAs, ВезОд различной дисперсности и электрофизических свойств.
Методология работы построена на гипотезе о возможности регулирования пористой структурой и эффективностью поглощения ЭМИ стеклокомпозита путем введения в состав добавок полупроводникового типа с учетом дисперсности их частиц. Этапы работы представляют собой комплексное исследование компонентов и процессов формирования пористого стеклокомпозита базового состава с последующим переходом к введению радиопоглощающих частиц полупроводникового типа и возможностью управления составом и свойствами материала, а также разработку технологической схемы получения материала.
Методы исследования. Для исследования состава и свойств исходных компонентов, полученного материала, а также процессов, протекающих при синтезе, использован ряд современных физико-химических методов анализа, таких как рентгенофазовый анализ, растровая электронная микроскопия, метод лазерной дифракции, термогравиметрический и дифференциальный термический анализы, а также метод квазиоптической спектроскопии для измерения параметров радиопоглощения. Ряд параметров оценивался по общепринятым методикам, согласно ГОСТ 13078-81, ГОСТ 7076-99 и т.д.
Положения, выносимые на защиту:
1. Положение о создании условий динамической вязкости 1,5±0,2 Па-с жидкостекольной композиции при температуре 65±5 оС за счет водотвердого соотношения 0,35 и силикатного модуля жидкого стекла 2,5 в процессе реакции газообразования с дисперсной алюминиевой пудрой для получения мелкопористой структуры стеклокомпозита.
2. Положение о граничных размерах частиц добавок и их количестве. При уменьшении среднего размера частиц от 160 мкм до 6 мкм количество добавки в составе композита увеличивается с 10 % до 30 % от массы стеклопорошка, при этом происходит увеличение радиопоглощающих свойств композита.
3. Положение о влиянии добавок полупроводникового типа на радиопоглощающие свойства стеклокомпозита. Введение в состав композита добавок обеспечивает коэффициент поглощения излучения в диапазоне частот 120 - 250 ГГц в зависимости от среднего размера пор 74 - 95 %. Максимально эффективное поглощение для образцов с карбидом кремния обусловлено его концентрацией (30 мас. %) и пористостью композита (86 %).
Личный вклад автора - участие в постановке цели, задач исследования, формулирования научной гипотезы диссертационной работы, проведении экспериментов по получению пористого стеклокомпозита с добавками SiC, GaAs, Fe3O4, определению свойств материалов, подготовке публикаций по теме. По полученным результатам автором предложена новая для данных материалов низкотемпературная технология получения и составы стеклокомпозитов с радиопоглощающими свойствами в диапазоне КВЧ. Измерения
радиопоглощающих характеристик композита проведены при личном участии автора в «Центре радиоизмерений» ТГУ (г. Томск).
Степень достоверности результатов работы подтверждается тем, что все исследования проведены в аттестованных лабораториях на сертифицированном оборудовании; с использованием современных стандартных методик, приборов и технических средств; количеством полученных образцов и проведенных измерений.
Апробация работы: Основные результаты исследования были доложены и обсуждены на следующих конференциях: «Перспективы развития
фундаментальных наук» (г. Томск, 2018); «Актуальные вопросы химической технологии и защиты окружающей среды» (г. Чебоксары, 2018); «Международная конференция-конкурс молодых физиков» (г. Москва, 2018); «Физико-химия и технология неорганических материалов» (г. Москва, 2018); «Научная конференция ГНИИ "Нацразвитие» (г. Санкт-Петербург, 2018, 2020); «Международный
симпозиум имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 120-летию со дня рождения академика К.И. Сатпаева, 120-летию со дня рождения профессора К.В. Радугина» (г. Томск, 2019); «Химия и химическая технология в XXI веке: ХХ Международная научно-практическая конференция имени профессора Л.П. Кулева студентов и молодых ученых», (г. Томск, 2019, 2020); «14th International Forum on Strategic Technology IFOST» (г. Томск, 2019); «IV Всероссийская молодежная научная конференция с международным участием» (г. Улан-Удэ, 2019); «Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине. Российский и международный опыт подготовки кадров: X
Международная научно-практическая конференция» (г. Томск, 2020); Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2020» (г. Москва, 2020).
Публикации: Результаты работы представлены в 18 работах, из них 5 публикаций из списка, рекомендованного ВАК, в том числе 3 публикаций, индексированных в базах Scopus и WoS.
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы из 15 9 наименований. Работа изложена на 144 листах машинописного текста, содержит 26
Перспективными поглотителями электромагнитного излучения (ЭМИ) крайне высоко частотной (КВЧ) области являются пористые композиты с малым коэффициентом отражения электромагнитной волны. Пористая структура с размером пор соизмеримым с длиной волны предопределяет поглощение волн. Присутствие в составе матрицы веществ, преобразующих ЭМИ в другие виды энергии, позволяет повысить эффективность и широкополосность поглотителя. С этой целью в состав композита вводят различные наполнители, включая углеродные нанотрубки и волокна, микросферы, ферромагнитные частицы, графитовые и полупроводниковые добавки. К радиопоглотителям данного диапазона частот предъявляют высокие требования.
Установление научных положений по созданию пористых структур, отвечающих современным требованиям, позволит получать эффективные и пожаробезопасные поглотители с заданными характеристиками, которые имеют большие перспективы. Актуальными являются исследования по созданию пористых радиопоглощающих материалов по энергосберегающему способу.
Для решения вышеперечисленных задач в качестве модели предложен пористый неорганический стеклокомпозит, состоящий из стекловидной матрицы и микроразмерных кристаллических частиц в межпоровой перегородке. Пористая структура и частицы, обладающие определенными электрофизическими свойствами, придают материалу способность поглощать электромагнитное излучение.
Диссертационная работа выполнялась при поддержке гранта РФФИ по теме «Исследование физико-химических процессов формирования структуры пористого стеклокомпозита и разработка научных основ создания новых материалов полифункционального назначения» (№ 3.2121. РФФИ 2.2019).
Степень разработанности темы. Существенный вклад в изучение радиопоглотителей внесли ученые ВИАМ (г. Москва), специалисты «Центра радиоизмерений» ТГУ (г. Томск), представители концерна «Вега» (г. Москва) и др. Разработке составов и технологий пористых силикатных материалов посвящены труды ученых РХТУ им. Д.И. Менделеева (г. Москва), БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород), ученых ЮРГПУ им. М.И. Платова (г. Новочеркасск), а также исследования научных групп ПНИПУ (г. Пермь) и ТПУ (г. Томск). Несмотря на многочисленные исследования по радиопоглотителям, пористые стеклокомпозиты с радиопоглощающими свойствами изучены мало, особенно это относится к диапазону более 100 ГГц.
Объект исследования - пористый стеклокомпозит, полученный на основе жидкостекольной композиции с радиопоглощающими добавками
полупроводникового типа.
Предмет исследования - физико-химические процессы формирования пористой структуры стеклокомпозита низкотемпературным способом, обладающего способностью поглощать электромагнитное излучение в диапазоне крайне высоких частот.
Цель работы - разработка научных положений по созданию пористых стеклокомпозитов по низкотемпературной технологии с радиопоглощающими свойствами в диапазоне 120 - 250 ГГц.
Задачи для достижения поставленной цели:
1. Исследование свойств исходных компонентов и физико-химических процессов, протекающих при получении пористого стеклокомпозита.
2. Разработка базового состава для получения стеклокомпозита и определение условий формирования его пористой структуры.
3. Исследование влияния добавок полупроводникового типа (SiC, GaAs, Fe3O4) на физико-механические и электрофизические свойства композита.
4. Разработка низкотемпературной технологии получения пористого радиопоглощающего стеклокомпозита и исследование его свойств.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что формирование равномерной мелкопористой (размер пор
до 2 мм) структуры стеклокомпозита при температуре 65 ± 5 °С из
жидкостекольной композиции, включающей 57 ± 3 мас. % стеклопорошка с удельной поверхностью 350 м2/кг, 35 ±1 мас. % жидкого натриевого стекла с модулем 2,5 и 1 мас. % гидрофильной алюминиевой пудры, обеспечивается при водотвердом соотношении в системе 0,35, при динамической вязкости композиции 1,5±0,2 Па-с и порообразования за счет реакции взаимодействия дисперсной алюминиевой пудры с гидроксидом натрия.
2. Установлено, что с увеличением дисперсности частиц добавки достигается возможность увеличения их количества в композиции. Для БезОд с размером частиц 160 мкм содержание добавки составляет 10 мас. % от содержания стеклопорошка, для смеси GaAs с SiC (33 мкм) - 20 мас.%, для SiC (6 мкм) - 30 мас. %. При частичной замене стеклопорошка на порошок карбида кремния изменение вязкости жидкостекольной композиции компенсируется дополнительным газообразованием карбида кремния с гидроксидом натрия и увеличением прочности низкотемпературного стеклокомпозита в 1,6 раза за счет армирующей роли игольчатых кристаллов SiC.
3. Установлено, что добавки полупроводникового типа усиливают радиопоглощающие свойства, присущие пористому материалу, за счет дополнительных диэлектрических потерь, связанных с эффектами дипольной поляризации и релаксации. По увеличению коэффициента поглощения электромагнитного излучения добавки располагаются в ряд GaAs-Fe3O4-SiC и обеспечивают значение коэффициента стеклокомпозита в диапазоне частот 120 - 250 ГГц от 74 до 95 % в зависимости от среднего размера пор. Максимально эффективное поглощение для образцов с карбидом кремния обусловлено его концентрацией (30 мас. %) и пористостью композита (86 %).
Теоретическая значимость работы заключается в получении новых данных по составу и процессам формирования пористой структуры стеклокомпозита по низкотемпературной технологии и управления его радиопоглощающими свойствами путем дополнительного введения в состав частиц SiC, смеси SiC и GaAs, ВезОд определенной дисперсности и концентрации.
Практическая значимость работы:
1. Предложен состав жидкостекольной композиции для получения низкотемпературного стеклокомпозита и определены условия формирования пористой структуры с заданными характеристиками.
2. Установлены критерии управления процессом порообразования стеклокомпозита с активными добавками полупроводникового типа, способного поглощать электромагнитное излучение в диапазоне крайне высоких частот 120 - 250 ГГц.
3. Предложена низкотемпературная технология получения пористого стеклокомпозита, обладающего улучшенными радиопоглощающими свойствами путем введения активных добавок SiC, смеси SiC и GaAs, ВезОд различной дисперсности и электрофизических свойств.
Методология работы построена на гипотезе о возможности регулирования пористой структурой и эффективностью поглощения ЭМИ стеклокомпозита путем введения в состав добавок полупроводникового типа с учетом дисперсности их частиц. Этапы работы представляют собой комплексное исследование компонентов и процессов формирования пористого стеклокомпозита базового состава с последующим переходом к введению радиопоглощающих частиц полупроводникового типа и возможностью управления составом и свойствами материала, а также разработку технологической схемы получения материала.
Методы исследования. Для исследования состава и свойств исходных компонентов, полученного материала, а также процессов, протекающих при синтезе, использован ряд современных физико-химических методов анализа, таких как рентгенофазовый анализ, растровая электронная микроскопия, метод лазерной дифракции, термогравиметрический и дифференциальный термический анализы, а также метод квазиоптической спектроскопии для измерения параметров радиопоглощения. Ряд параметров оценивался по общепринятым методикам, согласно ГОСТ 13078-81, ГОСТ 7076-99 и т.д.
Положения, выносимые на защиту:
1. Положение о создании условий динамической вязкости 1,5±0,2 Па-с жидкостекольной композиции при температуре 65±5 оС за счет водотвердого соотношения 0,35 и силикатного модуля жидкого стекла 2,5 в процессе реакции газообразования с дисперсной алюминиевой пудрой для получения мелкопористой структуры стеклокомпозита.
2. Положение о граничных размерах частиц добавок и их количестве. При уменьшении среднего размера частиц от 160 мкм до 6 мкм количество добавки в составе композита увеличивается с 10 % до 30 % от массы стеклопорошка, при этом происходит увеличение радиопоглощающих свойств композита.
3. Положение о влиянии добавок полупроводникового типа на радиопоглощающие свойства стеклокомпозита. Введение в состав композита добавок обеспечивает коэффициент поглощения излучения в диапазоне частот 120 - 250 ГГц в зависимости от среднего размера пор 74 - 95 %. Максимально эффективное поглощение для образцов с карбидом кремния обусловлено его концентрацией (30 мас. %) и пористостью композита (86 %).
Личный вклад автора - участие в постановке цели, задач исследования, формулирования научной гипотезы диссертационной работы, проведении экспериментов по получению пористого стеклокомпозита с добавками SiC, GaAs, Fe3O4, определению свойств материалов, подготовке публикаций по теме. По полученным результатам автором предложена новая для данных материалов низкотемпературная технология получения и составы стеклокомпозитов с радиопоглощающими свойствами в диапазоне КВЧ. Измерения
радиопоглощающих характеристик композита проведены при личном участии автора в «Центре радиоизмерений» ТГУ (г. Томск).
Степень достоверности результатов работы подтверждается тем, что все исследования проведены в аттестованных лабораториях на сертифицированном оборудовании; с использованием современных стандартных методик, приборов и технических средств; количеством полученных образцов и проведенных измерений.
Апробация работы: Основные результаты исследования были доложены и обсуждены на следующих конференциях: «Перспективы развития
фундаментальных наук» (г. Томск, 2018); «Актуальные вопросы химической технологии и защиты окружающей среды» (г. Чебоксары, 2018); «Международная конференция-конкурс молодых физиков» (г. Москва, 2018); «Физико-химия и технология неорганических материалов» (г. Москва, 2018); «Научная конференция ГНИИ "Нацразвитие» (г. Санкт-Петербург, 2018, 2020); «Международный
симпозиум имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 120-летию со дня рождения академика К.И. Сатпаева, 120-летию со дня рождения профессора К.В. Радугина» (г. Томск, 2019); «Химия и химическая технология в XXI веке: ХХ Международная научно-практическая конференция имени профессора Л.П. Кулева студентов и молодых ученых», (г. Томск, 2019, 2020); «14th International Forum on Strategic Technology IFOST» (г. Томск, 2019); «IV Всероссийская молодежная научная конференция с международным участием» (г. Улан-Удэ, 2019); «Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине. Российский и международный опыт подготовки кадров: X
Международная научно-практическая конференция» (г. Томск, 2020); Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2020» (г. Москва, 2020).
Публикации: Результаты работы представлены в 18 работах, из них 5 публикаций из списка, рекомендованного ВАК, в том числе 3 публикаций, индексированных в базах Scopus и WoS.
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы из 15 9 наименований. Работа изложена на 144 листах машинописного текста, содержит 26
✅ Заключение
Объект исследования данной работы - пористый стеклокомпозит, полученный на основе жидкостекольной матрицы с наполнителем из стеклопорошка и дисперсной добавки полупроводникового типа.
Научными результатами работы являются разработанные научные положения по созданию пористых стеклокомпозитов по низкотемпературной технологии с радиопоглощающими свойствами. Установленные физико - химические процессы формирования пористой структуры стеклокомпозита и результаты исследования его структурных особенностей с использованием рентгенофазового анализа и электронной микроскопии показывают, что материал представляет собой преимущественно аморфную фазу с присутствующими кристаллическими частицами полупроводникового типа. Введение добавок повышает эффективность поглощения стеклокомпозита электромагнитных излучений в диапазоне 120 - 250 ГГц и увеличивает прочностные характеристики материала.
Преимуществом композита в технологическом плане является низкая температура получения (до 70 оС), применение относительно недорогих сырьевых материалов, включая стеклобой, жидкое стекло, порошок карбида кремния. Достоинством материала является его неорганическая основа, т.е. экологическая и пожарная безопасность. Пористый стеклокомпозит рекомендуется использовать в условиях пониженной влажности, например в качестве радиопоглощающего материла при изготовлении безэховых камер.
Пористый стеклокомпозит может служить основой для создания эффективных широкополосных поглотителей ЭМИ, включая крайне высокочастотный диапазон. Полученные результаты трансформируются на пористые стеклокомпозиты высокотемпературного вспенивания с целью повышения водостойкости материала.
Научными результатами работы являются разработанные научные положения по созданию пористых стеклокомпозитов по низкотемпературной технологии с радиопоглощающими свойствами. Установленные физико - химические процессы формирования пористой структуры стеклокомпозита и результаты исследования его структурных особенностей с использованием рентгенофазового анализа и электронной микроскопии показывают, что материал представляет собой преимущественно аморфную фазу с присутствующими кристаллическими частицами полупроводникового типа. Введение добавок повышает эффективность поглощения стеклокомпозита электромагнитных излучений в диапазоне 120 - 250 ГГц и увеличивает прочностные характеристики материала.
Преимуществом композита в технологическом плане является низкая температура получения (до 70 оС), применение относительно недорогих сырьевых материалов, включая стеклобой, жидкое стекло, порошок карбида кремния. Достоинством материала является его неорганическая основа, т.е. экологическая и пожарная безопасность. Пористый стеклокомпозит рекомендуется использовать в условиях пониженной влажности, например в качестве радиопоглощающего материла при изготовлении безэховых камер.
Пористый стеклокомпозит может служить основой для создания эффективных широкополосных поглотителей ЭМИ, включая крайне высокочастотный диапазон. Полученные результаты трансформируются на пористые стеклокомпозиты высокотемпературного вспенивания с целью повышения водостойкости материала.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.