Диссертации

Вовченко Л.Л.

27.04.2015

Влияние структурно-морфологического состояния наноуглеродного компонента на тепловые и электрофизические свойства углеродных композитов
01.04.07 – физика твердого тела
д.ф.-м.н.

Диссертационная работа посвящена исследованию структуры композитов углерод-полимер (эпоксидная смола ЭД-20, кремнийорганический лак), их электрических, тепловых свойств и характера взаимодействия с электромагнитным излучением (ЭМИ) микроволнового диапазона (25,5-37,5 ГГц). Определены типы формируемых непрерывных электропроводящих кластеров в композитах наноуглерод-эпоксидная смола в зависимости от морфологии углеродного наполнителя. Проведено моделирование методом (3-D) Монте-Карло порога перколяции электропроводности полимерных композитов, заполненных случайно ориентированными электропроводящими частицами различной морфологии – графитовые нанопластинки, углеродные нанотрубки, терморасширенный графит (ТРГ). Показано, что порог перколяции уменьшается при увеличении коэффициента формы частиц (их анизометрии), а в случае частиц ТРГ, смоделированных в виде соединенных между собой дископодобных частиц, порог перколяции уменьшается при увеличении числа графитовых дисков и их коэффициента формы, а также зависит от их ориентации в частице ТРГ.
Предложена модель эффективной электропроводности и развита модель смесей для теплопроводности композитов углерод-полимер, которые учитывают структурно-морфологические особенности частиц наполнителя, их собственную электропроводность (теплопроводность), пространственную ориентацию в композите и контактное электрическое (тепловое) сопротивления между ними при образовании непрерывных цепочек. Установлены основные механизмы электро- и теплотранспорта в композитах наноуглерод-полимер в зависимости от содержания и морфологии углеродных наполнителей и в рамках моделей показано, что анизотропия эффективной электропроводности (теплопроводности) композита связана как с анизотропией электропроводности (теплопроводности) самих анизометричных углеродных частиц, так и с их ориентированием в матрице КМ.
Для прессованных образцов ТРГ, ТРГ-металл (Co, Ni, Cu) и эпоксидных композитов с углеродными наполнителями различной структуры и дисперсности определены электропроводность, комплексная диэлектрическая проницаемость, коэффициенты отражения и поглощения ЭМИ. Показано, что увеличение диэлектрической проницаемости при увеличении коэффициента формы углеродных частиц и их содержания в композите удовлетворительно описывается в рамках модели Максвелла-Гарнетта при концентрациях наполнителя меньше порога перколяции. Показано, что коэффициенты отражения и поглощения микроволнового излучения композитами углерод-эпоксидная смола в зависимости от частоты ЭМИ и толщины экрана хорошо описываются в рамках теории экранирования для сплошных сред при использовании параметров эффективной электропроводности и диэлектрической проницаемости КМ, что позволяет прогнозировать параметры экранирования ЭМИ разработанными материалами. Установлено влияние характера распределения наполнителя в эпоксидной матрице на эффективность взаимодействия КМ с электромагнитным излучением. Впервые обнаружен эффект резонансного поглощения ЭМИ (диапазон частот 53,5-75,5 ГГц) для массива вертикально ориентированных многостенных углеродных нанотрубок с инкапсулированным ферромагнетиком Fe3C.
Ключевые слова: графитовые нанопластинки, углеродные нанотрубки, композиты углерод-полимер, электропроводность, теплопроводность, комплексная диэлектрическая проницаемость, электромагнитное излучение, коэффициент отражения ЭМИ, коэффициент поглощения ЭМИ.

Оставить комментарий:

Имя:
Email:
Сайт:
Комментарий: