Электрофизические свойства полимерных композитов, содержащих углеродные наноразмерные структуры

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова [и др.]; Молоканов Г. О. — ответственный редактор. — Нальчик: Принт Центр, 2023. — 501 с.: ил. — ISBN 978-5-907725-13-3.

С. А. Вшивков, И. С. Тюкова, Е. В. Русинова; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина. — Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та, 2022. — 227, [1] с.: ил., табл. — ISBN 978-5-7996-3436-0.

Н. А. Адаменко, Г. В. Агафонова; Волгоградский государственный технический университет. — Волгоград: ВолгГТУ, 2022. — 77, [2] с.: ил., табл. — ISBN 978-5-9948-4341-3.

Кабардино-Балк. гос. ун-т им. Х.М. Бербекова, Ин-т проблем хим. физики Рос. акад. наук, Иванов. гос. политехн. ун-т [и др.]; Хаширова С.Ю., Долбин И.В. (ред.). — Нальчик, 2020. — 511, [5] с.: ил., табл. — ISBN 978-5-907150-55-3.

Кабардино-Балк. гос. ун-т им. Х.М. Бербекова, Иванов. гос. хим.-технол. ун-т, Иванов. гос. политехн. ун-т; Хаширова С.Ю. [и др.] (редкол.). — Нальчик, 2019. — 457, [1] с.: ил., портр., табл. — ISBN 978-5-907150-19-5.

Кабардино-Балк. гос. ун-т им. Х.М. Бербекова; Хаширова С.Ю. (отв. ред.), Долбин И.В., Малкандуев Ю.А. (редкол.). — Нальчик, 2018. — 270, [1] с.: ил., табл. — ISBN 978-5-906771-85-8.

Исследования и технологии. Ч. 1. — 2018. — 410 с.: ил., табл. — ISBN 9785994828052.

Кечиев Л.Н. — Москва: Грифон, 2019. — 719 с.: ил., табл. — (Библиотека ЭМС). — ISBN 978-5-98862-472-1.

Атлуханова Л.Б., Козлов Г.В. — Москва: Спутник+, 2020. — 291 с.: ил., табл. — ISBN 978-5-9973-5450-3.

Баимова Ю.А., Мулюков Р.Р.; Рос. акад. наук. — Москва, 2018. — 211 с.: ил., табл. — ISBN 978-5-907036-36-9.

Композиты никель/углеродные нанотрубки (Ni/CNT) с различным количеством УНТ деформируются кручением под высоким давлением (HPT) при различных температурах деформации до высоких напряжений, при которых не наблюдается дальнейшего улучшения микроструктуры матрицы Ni. Средние размеры зерен Ni увеличиваются с повышением температуры деформации HPT, в то время как размер агломератов УНТ значительно уменьшается. Кроме того, распределение агломератов в металлической матрице становится более однородным. Для исследования механических характеристик композитов, деформированных HPT, проводятся испытания на одноосное растяжение и сжатие. В зависимости от температуры деформации HPT и полученной микроструктуры происходит либо хрупкое, либо пластичное разрушение, а предел прочности при растяжении варьируется от 900 до 2100 МПа. Повышенные температуры деформации HPT вызывают снижение анизотропии механических свойств, главным образом вызванное усадкой агломератов УНТ. Показано, что настройка температуры деформации HPT является ключом к оптимизации как микроструктуры, так и механических характеристик.

Легкие и гибкие материалы с высокой проводимостью и малой толщиной весьма желательны для защиты от электромагнитных помех (EMI). Разработка гибридных наноструктурированных материалов, сочетающих свойства своих компонентов, является отличной стратегией для создания высокоэффективных электромагнитных экранов. В этом исследовании мы сообщаем о гибридном полимерном нанокомпозите, состоящем из углеродной нанотрубки (CNT) и нанопроволоки ZnO (ZnONW) для защиты от электромагнитных помех. Мы обнаружили, что комбинация проводящего наполнителя (CNT) и диэлектрического наполнителя (ZnONW) с аналогичной геометрией является эффективным методом изготовления нанокомпозитов с улучшенной защитой от электромагнитных помех. Мы достигли высокой средней эффективности экранирования в 27,3 дБ (с максимумом в 41 дБ при частоте 10,2 ГГц) для образца CNT:ZnONW (5,0:2,5 мас.%) толщиной всего 1,1 мм, что является одним из наилучших значений в литературе для полимерных нанокомпозитов с аналогичной загрузкой наполнителя и толщиной. Эти характеристики обусловлены превосходной электропроводностью и диэлектрическими свойствами гибридных нанокомпозитов в сочетании с геометрией нанопроволоки ZnO. Сравнение экранирующих свойств разработанных гибридных нанокомпозитов с литературными данными показывает, что они являются многообещающими функциональными материалами в мире применения для защиты от электромагнитных помех.

В настоящем исследовании рассказывается о характеристиках экранирования от постоянного тока, механических и электромагнитных помех (EMI) многослойных полипропиленовых нанокомпозитов, армированных углеродными нанотрубками (MWCNT), полученных методом обработки расплавом с использованием двухшнекового экструдера. Прочность на растяжение нанокомпозитов улучшилась на 27% по сравнению с образцом без добавления наполнителя (PCN0). Включение MWCNT приводит к увеличению электропроводности с 2,07 × 10-10 до 4,21 × 10-6 С/см. Максимальная эффективность защиты от электромагнитных помех, полученная при 5 мас.% нагрузки MWCNT, составила -21,07 в диапазоне частот X-диапазона (8,2-12,4 ГГц), измеренная с помощью векторного сетевого анализатора. Результаты показали, что полученный нанокомпозит пригоден для использования в качестве механически прочного защитного материала для удовлетворения промышленных потребностей в экранировании.

Графен стал важным объектом исследований во многих современных областях науки, включая производство композитных материалов. Опытно-конструкторские работы в области композитов с усиленным графеном выявили несколько функциональных и структурных характеристик, которые обещают большие преимущества при их использовании в широком спектре применений. Существует большой интерес к производству многомасштабных высокоэффективных, легких, но в то же время прочных многофункциональных полимерных композитов, усиленных графеном и волокнами (gFRP). Хотя существует множество отчетов, подтверждающих повышение эксплуатационных характеристик материалов за счет включения графеновых наноматериалов в матрицу или их интеграции в армирующий волокнистый компонент, лишь несколько продуктов на основе графена фактически вышли на рынок. Основное внимание в этой работе уделяется структурным GFRP и обсуждению соответствующих производственных методик для эффективного внедрения графена в эти системы. Другим важным аспектом этой работы является представление последних результатов и подчеркивание превосходных функциональных и структурных свойств полученных материалов из стекловолокна с учетом их будущего применения. Разработка четких стандартов для оценки свойств графеновых материалов, совершенствование существующих материалов и масштабируемых производственных технологий, а также конкретные нормативные акты, касающиеся здоровья человека и экологической безопасности, являются ключевыми факторами ускорения успешной коммерциализации GFRP.

Полимерные композиты с электропроводящими наполнителями были разработаны как механически гибкие, легко обрабатываемые материалы для защиты от электромагнитных помех (ЭМИ). Хотя существует несколько эластомерных композитов с наноструктурированным серебром и углеродными нанотрубками, демонстрирующих умеренную растяжимость, их эффективность защиты от электромагнитных помех (SE) постоянно ухудшается при растяжении. Здесь сообщается о полимерном композите с высокой степенью растяжения, в который встроена трехмерная (3D) жидкометаллическая (LM) сетка, демонстрирующая значительное увеличение электромагнитных полей при растяжении, что соответствует электромагнитным полям металлических пластин в исключительно широком диапазоне частот 2,65–40 ГГц. Электропроводность, достигаемая в 3D-пленочном композите, является одной из самых современных в области растягиваемых проводников при больших механических деформациях. Обладая эластичностью, подобной коже, и прочностью, этот материал позволяет удовлетворить требования к новой мягкой и удобной для человека электронике.

В этом отчете прослеживаются ведущие научные разработки по повышению диэлектрической прочности полимерных диэлектриков для хранения энергии и электроизоляции. За последние 15 лет был достигнут значительный прогресс в области нанодиэлектрической инженерии, включающей неорганические нанонаполнители, покрытия и полимерные матрицы. В этой статье освещаются проблемы, связанные с диэлектрическими полимерами, в первую очередь с конденсаторами и изоляцией кабелей/проводов. В нем также обобщены несколько основных технических подходов к повышению диэлектрической прочности полимеров и нанокомпозитов, включая включение наночастиц в полимеры, разработку интерфейса наполнитель-полимер и нанесение пленочного покрытия на поверхность. Больше внимания уделяется взаимодействию, в том числе рациональному проектированию структур сердцевина-оболочка, использованию низкоразмерных наполнителей и теплопроводящих наполнителей, а также неорганическому покрытию поверхности полимерными пленками. Эти усилия продемонстрировали повышение диэлектрической прочности на 40-160% при содержании наполнителей менее 5 мас.% в композитах из поливинилидендифторида (PVDF). В этой статье также обсуждались возможные диэлектрические механизмы и положительная роль границ раздела для защиты от ловушек переноса заряда для достижения более высокой прочности на пробой. Исследование низкоразмерных наполнителей/покрытий с высокой теплопроводностью может стать ключевой научной темой для будущих исследований.

Новые технологии и модернизация стали глобальной угрозой для жизни человека во всех аспектах. Во всем мире все страны участвуют в гонке за разработкой самых передовых электронных устройств и гаджетов, поскольку они отражают превосходство страны и экономическое развитие. Специалисты прогнозировали, что во время и после пандемии пристрастие к современным гаджетам среди людей независимо от возраста увеличилось на 40%. Несколько исследователей сообщили, что мировая экономика зависит от стран, производящих полупроводники, мобильные телефоны, электронные чипы и так далее, и в них доминируют. Люди начали ощущать, что современные устройства - это своего рода благо, поскольку их жизнь становится более взаимосвязанной и комфортной, а все их потребности и желания удовлетворяются прямо у их порога. Но это благо медленно превращается в серьезную угрозу человеческим жизням. Из-за такого быстрого использования электронных устройств резко возрастают электромагнитные помехи (EMI), которые считаются глобальной проблемой предупреждения для коммерческих и биологических систем. Таким образом, развитые страны решили сделать защиту от электромагнитных помех обязательным элементом, который должен быть внедрен во все передовые электронные устройства. Хотя традиционные материалы, такие как металлы и углеродные аллотропы, обладают превосходными защитными свойствами, они не справляются с сегодняшним массовым производством современных устройств. Таким образом, исследователям необходимо было найти подходящий заменяющий материал, который должен обладать такими свойствами, как экологичность и биосовместимость, чтобы преодолеть проблемы, с которыми сталкиваются обычные материалы. Таким образом, полимеры появились в мире средств защиты от электромагнитных помех. Поливинилиденфторид (PVDF), непроводящий полимер из семейства фторуглеродов, создает историю в области защиты от электромагнитных помех. ПВДФ поразил исследователей своими универсальными свойствами, такими как малый вес, гибкость и простота обработки, а также превосходными диэлектрическими и пьезоэлектрическими свойствами. Хотя они обладают плохими электропроводящими свойствами, включение металлов, аллотропов углерода и оксидов металлов в качестве наполнителей делает их превосходящими существующие традиционные материалы. Таким образом, основная цель этой обзорной статьи - подчеркнуть уникальность PVDF как передового полимера для защиты от электромагнитных помех. Было отмечено, что PVDF больше подходит для экранирования от электромагнитных помех в частотах X, K и Ku диапазонов. Но в целом мы заметили, что производительность PVDF оказывает большое влияние за счет использования комбинации металла и углеродного аллотропа, повышающего эффективность экранирования до 65 дБ в диапазоне частот Ku-диапазона (Kurz-under) (12-18 ГГц).

В этом обзоре тщательно рассматриваются свойства защиты от электромагнитных помех различных углеродсодержащих наполнителей. Электромагнитные помехи (EMI) были причиной серьезной озабоченности в сфере прямого вещания, развлечений, авиации и оборонной промышленности, поскольку жизненно важные радиосигналы могли создавать дополнительные помехи, что могло привести к снижению производительности. Для уменьшения воздействия электромагнитных помех в основном используются органические полимерные композиты наряду с углеродсодержащими наполнителями, поскольку они отличаются гибкостью, низкой плотностью, высокой механической прочностью, высокой термостойкостью, высокой электрической и теплопроводностью, отличной вязкостью разрушения и высокой стойкостью к трению/износу. Существует множество материалов на основе углерода, которые используются в качестве материала для защиты от электромагнитных помех в моно- и комбинированной форме. Этот обзор дает общее представление об использовании углеродсодержащих наполнителей в полимерных матрицах. Таким образом, общий охват этих материалов на основе углерода и их эффективность могли бы помочь исследователям найти правильный углеродный материал для подходящего применения. Согласно этому обзору, механизм поглощения имеет жизненно важное значение для достижения высокого эффекта защиты от электромагнитных помех. Согласно обширному обзору предыдущих статей, наиболее предпочтительными наполнителями, защищающими от электромагнитных помех, являются такие наполнители, как графен и УНТ. Однако в последнее время появилось больше магнитоэлектрических материалов, сочетающих в себе свойства как проводящих, так и магнитных, что обеспечивает высокую SE на повышенных частотах.

2D-материалы - это очень перспективный класс добавок в области полимерных композитов благодаря их универсальности и исключительным внутренним свойствам. Это позволяет исследователям создавать разнообразные нанокомпозиты, которые могут быть использованы во множестве новых многофункциональных приложений. Эксплуатационные характеристики таких нанокомпозитов в значительной степени зависят от качества двумерных материалов, их взаимодействия с полимерной матрицей, а также от их дисперсии и морфологии при внедрении в полимер. Чтобы контролировать эти переменные, необходимо разумно выбирать между доступными методами синтеза и стратегиями смешивания, играя с отношениями процесс-структура–свойство, не забывая при этом о совместимости с существующей промышленной инфраструктурой. Таким образом, в данной статье представлен краткий обзор двумерных материалов, наиболее часто используемых в полимерных нанокомпозитах, основных разработанных методов синтеза и способов смешивания, современного состояния наиболее востребованных свойств в различных системах и каковы последствия эволюции морфологии. В каждом разделе выделяются основные проблемы и представлены возможные стратегии их преодоления, например, появление гибридных 2D-наноструктур, которые способствуют синергетическому эффекту, позволяя сочетать свойства, которые ранее были недостижимы для конечного материала. Наконец, статья завершается представлением перспективы текущего состояния разработки этих новых многофункциональных нанокомпозитов и того, какие наиболее важные шаги необходимо предпринять не только в академическом, но и в промышленном плане, чтобы эти материалы начали широко применяться и стали основой повседневной жизни людей. человечность.

Были получены композиты на основе циклоолефиновых сополимеров (COC), содержащие различные количества никеля (Ni) и/или углеродных гибридных наполнителей с никелевым покрытием (NiC), и исследованы их морфологические, реологические, механические, диэлектрические свойства и свойства поглощения СВЧ в рентгеновском диапазоне. Было определено, что пороговые значения реологической перколяции для Ni и NiC-наполнителей находятся в диапазоне от 45 до 60 и от 60 до 75 рн соответственно. Оба наполнителя не вызывали существенного увеличения вязкости расплава при низких скоростях сдвига. Минимальные концентрации наполнителя для получения приемлемых значений потерь на отражение (RL) (RL < -10 дБ) были определены как 60 и 45 рн для образцов серий Ni и NiC, соответственно. Минимальное значение RL (RLmin) и самая широкая полоса поглощения были определены как -52,5 дБ и от 8,2 до 12,5 ГГц, соответственно, для композитного образца, содержащего 75% Ni, тогда как аналогичная производительность могла быть получена образцом, содержащим 45% NiC. Значительное повышение значения RLmin не могло быть обеспечено использованием гибридных наполнителей NiC; однако ширина полосы поглощения была увеличена, а минимальная толщина образца для получения приемлемой ширины полосы поглощения была значительно уменьшена.

В работе представлены результаты аналитического обзора разработки и исследований полимерных композиционных материалов с улучшенными электрофизическими и физико-механическими свойствами. Было установлено, что выбор специальных наполнителей, их варьирование по количеству и размерам частиц в полимерной матрице могут существенно влиять на электропроводность материала и тем самым регулировать его электретные свойства в целом. Выявлено, что при использовании традиционных наполнителей из сажи, графита, минералов, металлов и т.д. в составе термопластов, реактопластов и резины позволяет получать антистатические изделия, электромагнитные защитные покрытия, резисторы, различные виды токопроводящих материалов. Использование различных легких наполнителей позволяет получать композиты низкой плотности с более высокими физико-механическими и электретными свойствами. Сферопластики на основе силоксанового эластомера стали набирать все большую популярность. Имеются данные о композиционных материалах, наполненных сажей, на основе полиолефинов, которые при определенных соотношениях позволяют получать электропроводящие изделия. Определенное место в обзоре отведено использованию высокодисперсных металлических порошков для улучшения электретных характеристик композитов. Большое внимание уделяется исследованию нанонаполненных композитов с использованием большого набора дисперсных минералов. Использование гибридных полимерных нанокомпозитов открывает новые перспективы для их более широкого применения в производстве токопроводящих материалов. Возможность химического связывания частиц минерального наполнителя с полимерной матрицей с использованием связующих с сопряженными двойными связями обеспечивает инновационные подходы к созданию высокопрочных и термостойких электропроводящих композитов. Становится очевидным, что наиболее перспективное направление получения материалов с высокими электретными свойствами должно быть основано на механохимическом синтезе композиционных материалов.

Вредные электромагнитные излучения, генерируемые различными электронными устройствами, могут быть поглощены легким и механически гибким полимерным нанокомпозитом, хорошо защищающим от электромагнитных помех (ЭМИ). С другой стороны, различные электронные отходы (“электронные отходы”), которые обычно представляют собой полимерные строительные материалы, образующиеся из отходов неработоспособных электронных устройств, естественным образом не поддаются биологическому разложению. Наши недавние усилия были направлены на создание биоразлагаемого полимерного нанокомпозита, защищающего от электромагнитных помех. Для этой цели мы приготовили полимерный нанокомпозит полимолочной кислоты/термопластичного полиуретана в соотношении 50:50, смешав электропроводящую сажу со смесью в соответствии с простым и промышленно осуществимым методом смешивания растворов. Морфологические характеристики с помощью сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии выявили одновременную непрерывную морфологию смеси neat, а также полимерных нанокомпозитов с преимущественным распределением проводящего наполнителя в определенной полимерной фазе. Полимерные нанокомпозиты обладали хорошими механическими и улучшенными термическими свойствами. Мы получили эффективность защиты от электромагнитных помех около -27 дБ при низком пороге просачивания при загрузке наполнителя в полимерный нанокомпозит около 30 мас.% в частотной области X-диапазона (8,2–12,4 ГГц). Позже мы изучили биоразлагаемость PLA/TPU вместе с их композитами (TXPXCX), используя метод респирометрии, и получили удовлетворительный результат, подтверждающий их биоразлагаемо

Вредные электромагнитные (ЭМ) помехи (ЭМИ) для живых существ и различных чувствительных приборов, создаваемые электромагнитным излучением от электронных и электротехнических устройств и вышек мобильной связи, быстро растут. Это вызывает болезни и, предположительно, раковый рост в клетках человека. Электромагнитные помехи сводятся к минимуму за счет обертывания приемника и/или излучателя без зазоров эффективным листом для защиты от электромагнитных помех. По сравнению с широко используемыми классическими металлическими экранами, полимерные композитные электромагнитные экраны 2-го поколения легче и гибче. Обычные полимерные композиты используют проводящие полимеры и металлические/углеродные порошки, которые обладают проводящими электронами для отражения электромагнитных волн. В настоящее время для изготовления полимерных композитов выбрано полимерное связующее, отверждающееся в течение ночи до мягкого и гибкого листа. Мы тестируем электромагнитную защиту с помощью определенных неметаллических композитов. Мы рассматриваем результаты для композитов с тонкими металлическими волокнами (медные и латунные заготовки, доступные в качестве отходов механических мастерских) или проводящими формами оксида кадмия или сегнетоэлектрических материалов (PbNb2O6 [o-PN] и BaTiO3 [BT]) или их смесей (52 образца). Небольшие кусочки этих похожих на ткань полимерных листов были охарактеризованы в векторном сетевом анализаторе (VNA) путем измерения входной мощности (Pin), отраженной мощности (Prefl) и передаваемой мощности (Pout) в пяти частотных диапазонах в диапазоне от 700 МГц до 40 ГГц, чтобы определить эффективность экранирования (SE) = 10 логарифмов (Pout/Pin) и эффективность отражения = 10 логарифмов (Prefl/Pin). Обсуждался успех o-PN, BT, проводящего (обжигаемого) Cd-O, металлического токарного станка и их комбинаций, выделяя некоторые новые наблюдения. Композиты, разработанные в этой работе, включают материалы, защищающие от электромагнитных помех, и материалы, потенциально поглощающие радиолокационные излучения.

Композиты с никелевой матрицей являются важными материалами для различных инженерных применений. В настоящей статье описывается изготовление объемных композитов графен-никель (Gr-Ni) и восстановленный оксид графена-никель (rGO-Ni) методом порошковой металлургии с использованием различных источников графена, а именно термически отслоенного графита (TEFG) и восстановленного оксида графена (rGO), и исследование механических свойств композитов. композиты. Однородное распределение производных графена в композитных матрицах было подтверждено для всех композиций методами рентгеновской и рамановской спектроскопии. Было доказано, что различные источники Gr в исходных порошковых смесях приводят к некоторому различию типов производных графена в получаемых композитах. Тем не менее, данные сканирующей электронной микроскопии показали, что микроструктура образцов, полученных с использованием различных источников графена, довольно схожа. Было показано, что механические свойства композитов очень чувствительны к типу выбранного производного графена при низком содержании добавок. Добавление TEFG приводит к снижению значений прочности при растяжении, пластичности и относительного удлинения для всех композиций. Было показано, что добавление 0,1 мас.% rGO приводило к увеличению относительного удлинения до разрушения на 34% без изменения значения UTS композита. Композит rGO-Ni с содержанием 0,1 мас.% показал повышенное относительное удлинение и предел прочности при растяжении, сравнимые с образцом из чистого никеля. Фрактографические испытания выявили разницу в механических свойствах композитов rGO-Ni и Gr-Ni.

Высокочастотные электромагнитные волны и электронные изделия могут принести большое удобство в жизнь людей, но приводят к ряду проблем с электромагнитными помехами (ЭМИ), таких как большая потенциальная опасность для нормальной работы электронных компонентов и безопасности человека. Поэтому исследование материалов, защищающих от электромагнитных помех, привлекло большое внимание ученых. Среди них в настоящее время основным направлением стали материалы для защиты от электромагнитных помех на основе полимеров, обладающие малым весом, высокой удельной прочностью и стабильными свойствами. Построение трехмерных проводящих сетей зарекомендовало себя как эффективный метод получения материалов для защиты от электромагнитных помех на основе полимеров с превосходной эффективностью экранирования (SE). В этой статье кратко представлен механизм экранирования электромагнитно-экранирующих материалов на основе полимеров с трехмерными проводящими сетками, с акцентом на методы получения и последние достижения в области исследований электромагнитно-экранирующих материалов на основе полимеров с различными трехмерными проводящими сетками. Также выдвигаются ключевые научно-технические проблемы, которые необходимо решить в области материалов для защиты от электромагнитных помех на основе полимеров. Наконец, рассматриваются тенденции развития и перспективы применения материалов для защиты от электромагнитных помех на основе полимеров.

Полимерные композиты на основе графена/углеродных нанотрубок (G/CNT) и восстановленного оксида графена/углеродных нанотрубок (rGO/CNT) были синтезированы методом мини-эмульсионной полимеризации in situ, содержащей 1 мас.% гибридного наполнителя с различным соотношением G и CNT (10:1, 1.1, 1:10). Из полученных таким образом гибридных водных дисперсий самопроизвольно образовывались полимерные пленки в условиях окружающей среды путем испарения воды. Было изучено влияние типа графенового наполнителя, G или rGO, на свойства и эксплуатационные характеристики полимерных композитов. Было показано, что композиты на основе G/CNT обладают улучшенной морфологией пленки благодаря лучшему распределению наполнителя и более организованной структуре пленки, чем у композитов rGO/CNT. Поверхность пленки была намного более гладкой, что указывало на более глубокое проникновение наполнителя в полимер. Следовательно, композиты G/CNT/полимер обладали на порядок увеличенными модулями Юнга и на 60% меньшим водопоглощением, чем полимер neat. Несмотря на то, что композиты rGO/CNT/полимер также обладали улучшенной механической стойкостью, их водостойкость была снижена, вероятно, из-за присутствия гидрофильных функциональных групп, которые облегчали диффузию воды внутри пленки.

Все более тревожное загрязнение электромагнитными волнами привело к активизации исследований в области высокоэффективных экранирующих материалов для защиты людей и окружающей среды. По-прежнему остается сложной задачей сочетать высокие показатели защиты от электромагнитных помех (EMI) с механической прочностью и растяжимостью. Эти важнейшие характеристики были одновременно достигнуты в данной работе с помощью простого метода получения нанокомпозитов эластомер/МКсен. Эффективность защиты от электромагнитных помех в 49 дБ была получена из нанокомпозитной пленки толщиной 1 мм при 19,6 об.% MXene; пленка имеет плотность 1,25 г/см3. Выдающаяся электрическая проводимость MXene − 4350±125 С·см–1 - обеспечивала наличие свободных носителей заряда в матрице для поглощения электромагнитных сигналов, что приводило к преобладанию механизма поглощения над механизмом отражения. Благодаря этапу модификации нанонаполнителя нанокомпозитные пленки продемонстрировали не только превосходную защиту от электромагнитных помех, но и достаточную прочность и растяжимость. Нанокомпозит с содержанием 14,0 об.% показал модуль Юнга 15,85 ± 0,75 МПа и предел прочности при растяжении 25,94 ± 0,81 МПа при относительном удлинении при разрыве 170 ± 5,6%, что связано с высокой растяжимостью. Эти впечатляющие свойства делают наши нанокомпозиты пригодными для использования в суровых условиях, а также для применения в растягивающихся устройствах, защитной одежде, аэрокосмической, авиационной и автомобильной промышленности.

Здесь проводится сравнительное исследование влияния сеток наночастиц на реологические свойства, электропроводность и эффективность экранирования от электромагнитных волн (EMW) в проводящих полимерных композитах (CPC). В качестве полимерных матриц используются два различных полимера, а именно поли (ε-капролактон) (PCL) и изотактический полипропилен (iPP), которые имеют различную дисперсию многостенных углеродных нанотрубок (MWCNT). Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) и сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) используются для определения дисперсии MWCNTs в различных полимерных матрицах. Ротационный реометр и векторный сетевой анализатор используются для оценки пороговых значений модуля упругости при хранении, комплексной вязкости и EMW SE, соответственно. Результаты показывают, что пороги перколяции EMW SE намного больше, чем электрические и реологические пороги перколяции. В частности, пороговые значения модуля упругости при хранении и комплексной вязкости составляют 0,39 и 0,33 об.% для образцов MWCNT/PCL и 1,57 и 1,57 об.% для образцов MWCNT/iPP соответственно. Пороговые значения электрической перколяции и EMW SE составляют 0,33 и 1,99 об.%, 1,24 и 5,41 об.% для нанокомпозитов MWCNT/PCL и MWCNT/iPP соответственно. Электрическая и реологическая перколяция может происходить в образцах с разреженной сеткой MWCNT, в то время как для перколяции EMW SE может потребоваться плотная сеть MWCNT в образцах.

Периферийное оборудование, такое как аэрокосмическая промышленность, броня, датчики, теплообменники, автомобильное, складское и любое другое электронное оборудование, часто подвергается различным механическим и термическим нагрузкам, которые существенно влияют на их надежность, жизненный цикл и производительность. Например, аэрокосмический сектор постоянно проводит исследования по уменьшению массы для достижения более высокой топливной экономичности за счет снижения веса. Именно из-за специфических параметров, которыми обладают современные полимерные композиты, растет исследовательский интерес к схемам управления теплом, где одновременно важны как более высокие тепловые характеристики, так и прочность при значительно меньшей плотности. Аналогичным образом, наногибридные частицы обычно используются в качестве армирующих наполнителей для повышения механической эффективности, эффективности электромагнитной защиты и тепловых характеристик любых полимерных матриц.

Недавно было обнаружено, что углеродные нанотрубки (УНТ) и графен могут оказаться наиболее перспективными углеродсодержащими наполнителями в области полимерных нанокомпозитов из-за их лучших структурных и функциональных свойств. Их равномерное диспергирование в полимерной матрице приводит к значительному улучшению ряда их свойств. В этой статье рассматривается влияние нанонаполнителей, то есть УНТ, производных УНТ и графена, на поликарбонатный нанокомпозит и его применение в аэрокосмической, автомобильной, спортивной, электронной отраслях и различных отраслях промышленности. Также приводится сравнительный анализ различных свойств поликарбонатных нанокомпозитов на основе наполнителей на основе углерода.

Необходимость электромагнитной защиты обусловлена электромагнитным загрязнением, вызванным широким использованием электронных устройств. Электромагнитные волны от бесчисленных электрических источников излучаются в атмосфере и создают электромагнитные помехи (ЭМИ). Такие электромагнитные помехи могут нарушать работу других приборов и угрожать здоровью человека. Следовательно, будущие конструкции электронных устройств, независимо от их размера и использования, требуют применения передовых материалов и технологий электромагнитной защиты, которые могут ограничить или полностью блокировать передачу электромагнитных волн в атмосфере. Целью данного обзора является изучение использования композитов на основе полимеров для защиты от электромагнитных помех и изучение их конфигураций. Подробно обсуждаются цели данного исследования, а также воздействие электромагнитных волн на общество и окружающую среду. Доступные отчеты, международный вклад исследователей в этой области, ограниченность доступных материалов и требуемые изобретения направили наш интерес к этой области исследований. В обзоре кратко излагаются знания о защите от электромагнитных помех, текущие пробелы в исследованиях и рекомендации на будущее.

Повышение эффективности защиты полимерных нанокомпозитов (PNCS) от электромагнитных помех (EMI) зависит от модификации распределения углеродных нанотрубок (CNT), достигаемого путем контроля параметров изготовления. Однако установление корреляций между параметрами изготовления, распределениями УНТ и свойствами SE является сложной задачей из-за ограничений на традиционно реализуемые методы обнаружения сети УНТ и качественные дескрипторы распределения УНТ. В настоящем документе представлена методика улучшения SE для нанокомпозитных пленок из одностенных углеродных нанотрубок/полиимида (SWCNT/PI), в которых во время обработки применяются синусоидальные напряжения переменного тока (5, 10 и 15 В при 10 Гц) для контроля распределения УНТ. Подготовленные образцы нанокомпозитов характеризуются с использованием измерений параметров рассеяния для оценки SE и электростатической силовой микроскопии второй гармоники (2we-EFM) для обнаружения подповерхностной сети УНТ. Обнаруженные сети CNT описываются путем реализации количественных дескрипторов CNT с равномерным дистанцированием (CNTD), агломерацией (CNTA) и экранированием (CNTS). Результаты показывают увеличение значений SE нанокомпозита с увеличением дескриптора CNTS, которое увеличивается при снижении приложенных напряжений во время обработки. Исследованный здесь нанокомпозит SWCNT/PI демонстрирует преобладающий механизм поглощения SE, что делает его кандидатом для потенциального применения в качестве материала, поглощающего электромагнитные излучения. Предлагаемая методология представляет собой альтернативу количественной оценке корреляций между свойствами PNC, распределениями УНТ и параметрами изготовления.

Композиты из поливинилиденфторида (PVDF) и многостенных углеродных нанотрубок (MWCNT), полученные методом литья из раствора, могут быть использованы в качестве материала, защищающего от электромагнитных помех (EMI). Матрица PVDF показывает эффективность защиты от электромагнитных помех, зависящую от MWCNT, глубину слоя, морфологию, механические и динамические механические свойства. Изображения просвечивающей электронной микроскопии и сканирующей электронной микроскопии с полевой эмиссией показывают дисперсию и распределение MWCNT в матрице PVDF. Дифференциальная сканирующая калориметрия выявляет температуру плавления кристаллов, зависящую от MWCNT. MWCNT действует как армирующий наполнитель для матрицы PVDF. Кристаллическое плавление композитов PVDF и PVDF/MWCNT показывает возникновение двух эндотермических пиков. Динамический механический анализ композитов выявляет зависящие от MWCNT характеристики демпфирования и модуль упругости.

Распространение электронных устройств и беспроводной связи в нашей повседневной жизни привело к значительному увеличению электромагнитного загрязнения. Эта проблема представляет серьезную угрозу для надлежащего функционирования электронного оборудования, а также для здоровья человека. Поэтому исследование материалов с превосходными возможностями защиты от электромагнитных помех (EMI) вызывает растущий интерес. В этой статье впервые были кратко представлены механизмы защиты от электромагнитных помех. Было отмечено, что разработка передовых материалов для защиты от электромагнитных помех предполагала соблюдение таких принципов, как минимизация потерь на отражение, увеличение потерь на поглощение и учет множественных внутренних отражений. Были представлены конструкция и экранирующие свойства традиционных материалов для защиты от электромагнитных помех. В отличие от металлических материалов с высокой плотностью и потерей отражения, легкие проводящие полимерные композиты (CPC) были наиболее перспективными материалами для защиты от электромагнитных помех. Между тем, нанонаполнители на основе углерода, такие как углеродные нанотрубки и графеновые нанолисты, наряду с двумерными карбонитридами переходных металлов MXenes Ti3C2Tx, стали наиболее перспективными и универсальными проводящими нанонаполнителями для CPC. Были подробно представлены характеристики защиты от электромагнитных помех и механизм потерь в CPC с однородной структурой, сегрегированной структурой, слоистой структурой и пористой структурой. Было отмечено, что эффективность защиты от электромагнитных помех может быть значительно улучшена за счет включения нескольких структур в одни и те же CPC, таких как рациональное сочетание изолированных и пористых структур. Наконец, были обсуждены проблемы и тенденции развития CPC для применения в области защиты от электромагнитных помех.

Полимерные нанокомпозиты на основе наноструктурированного углерода приобретают все больший исследовательский интерес из-за их экономичности, легкого веса и надежной защиты от электромагнитных помех. До сих пор разработка и изготовление масштабируемых и экономически эффективных нанокомпозитов с превосходными характеристиками защиты от электромагнитных помех представляло собой серьезную проблему. В настоящем документе высокомасштабируемый материал для защиты от электромагнитных помех с настраиваемыми характеристиками поглощения, состоящий из недорогих нанокомпозитов ketjen black (K-CB), армированных поли (метилметакрилатом) (PMMA), был получен с использованием простой технологии смешивания растворов с помощью растворителя с последующим методом горячего прессования. Морфологическое исследование выявило однородное распределение K-CB и сильное межфазное взаимодействие в матрице из ПММА, что подтвердило сильное армирование и другие интригующие свойства нанокомпозитов. Нанокомпозиты из ПММА показали низкий порог просачивания (2,79 мас.%) и превосходную электропроводность благодаря образованию трехмерной проводящей сетеподобной архитектуры внутри полимерной матрицы. В частности, нанокомпозит K-CB с содержанием 10 мас.% обладал превосходными характеристиками защиты от электромагнитных помех, составляющими около 28 дБ для частотного диапазона X-диапазона. Кроме того, наблюдается значительное изменение характеристик защиты от электромагнитных помех нанокомпозитов из ПММА при различной толщине. Ожидается, что совершенно новые нанокомпозиты из ПММА, декорированные K-CB, откроют двери для экономичных материалов следующего поколения, защищающих от электромагнитных помех, для академического и промышленного применения.

Полупроводниковые упаковочные материалы играют решающую роль в разработке полупроводниковых приборов. Они не только обеспечивают надежную защиту и поддержку, но и способствуют электрическому соединению между чипом и внешней цепью. Среди множества вариантов упаковочных материалов нанокомпозиты на основе полимеров стали основным кандидатом благодаря их низкой стоимости, простоте обработки и настраиваемым свойствам. Материалы с низкой диэлектрической проницаемостью и диэлектрическими потерями, высокой температурой стеклования, высокой теплопроводностью, подходящим коэффициентом теплового расширения, низкой вязкостью и хорошей обрабатываемостью обычно требуются для упаковки полупроводников, однако большинство полимеров не отвечают этим критериям. Следовательно, модуляция полимерной матрицы, введение подходящих наполнителей и модификация поверхности наполнителя часто являются эффективными подходами для повышения эксплуатационных характеристик композитов. Здесь авторы впервые рассматривают текущие результаты исследований нанокомпозитов на основе полимеров для пяти различных типов упаковочных применений, а именно формовочных составов, материалов для термоинтерфейса, наполнителей, материалов для крепления к матрице и подложек. Затем авторы представляют перспективы разработки нанокомпозитов на основе полимеров следующего поколения для усовершенствованной упаковки полупроводников и предлагают некоторые предложения по решению существующих проблем.

Методом in situ latex был получен новый магнитный полимерный нанокомпозит на основе наночастиц Fe3O4 и натурального каучука. Этот процесс был быстрым, универсальным, надежным, безопасным, безвредным для окружающей среды и недорогим. Были детально исследованы магнитореологический эффект и механические свойства магнитных полимерных нанокомпозитов. Предел прочности при растяжении магнитных полимерных нанокомпозитов без других армирующих наполнителей составлял около 14,6 МПа. В то же время относительный и абсолютный магнитореологический эффект составили около 365,0% и 3,64 МПа соответственно, что почти в 10 раз больше по сравнению с другими магнитными полимерными нанокомпозитами на основе натурального каучука. Кроме того, взаимосвязи между микроструктурой и механическим поведением магнитных полимерных нанокомпозитов были смоделированы и обсуждены с помощью численной обработки новой теоретической модели, связанной с анализом методом конечных элементов, для объяснения микромеханизма магнитных полимерных нанокомпозитов с высокой производительностью. Эта работа не только обеспечила универсальный путь рационального проектирования и получения магнитных полимерных нанокомпозитов с одновременно высокой магнитной чувствительностью и механическими свойствами для различных применений, но и предложила новый метод улучшения диспергирования магнитных частиц в натуральном каучуке для различных применений.

Изучены эффективность экранирования (SEA поглощения, SER отражения и total SET) и электропроводность композитов на основе органо–неорганической полимерной матрицы (OIM) и полиэтилена (UHMWPE), содержащих смеси (гибридные наполнители) технического углерода (CB), углеродных нанотрубок (CNT) и оксида железа (Fe2O3).. Наилучшие результаты экранирования (SET = 23,1 дБ, SEA = 17,7 дБ) показывает композит на основе СВМПЭ с сегрегированной структурой гибридного наполнителя CNT+CB с общим содержанием 10 об.%, благодаря высокой электропроводности композита. Обнаружена тесная корреляция между электропроводностью композита и эффективностью поглощения SEA, которая резко возрастает, когда значение электропроводности становится выше 10-3 С/см−1. В композитах на основе OIM с гибридным наполнителем CNT+Fe2O3 достигаются умеренные экранирующие характеристики (SET = 12,3–12,7 дБ, SEA = 8,8–9,2 дБ), но их электропроводность более чем на два порядка ниже, чем у композитов с углеродными наполнителями. Этот эффект возникает за счет дополнительного вклада в эффективность поглощения взаимодействия ферромагнитного непроводящего оксида с магнитной составляющей электромагнитной волны. Такие композиты обладают потенциалом для достижения высоких защитных характеристик при определении оптимального состава гибридного наполнителя.

Нанокомпозиты, многофазные твердые материалы, содержащие по крайней мере один наноразмерный компонент, привлекают все большее внимание благодаря своим уникальным свойствам. Графен является идеальным наполнителем для высокоэффективных многофункциональных нанокомпозитов в свете его превосходных механических, электрических, тепловых и оптических свойств. Однако двумерная природа графена обычно приводит к появлению сильно анизотропных свойств, что открывает новые возможности для создания нанокомпозитов за счет полного использования его превосходных свойств в плоскости. Здесь кратко описывается недавний прогресс в области нанокомпозитов графен/полимер с акцентом на упрочнение, электропроводность, теплопередачу и преобразование фототермической энергии. Систематически анализируется влияние конфигурации графена, включая количество слоев, дефекты и поперечный размер, на его внутренние свойства и свойства нанокомпозитов графен/полимер. Между тем, также исследуется роль межфазного взаимодействия между графеном и полимером во влиянии на свойства нанокомпозитов. Подробно обсуждается корреляция между распределением графена в матрице и свойствами нанокомпозита. Также рассматриваются ключевые проблемы и возможные решения. Этот обзор может послужить конструктивным руководством для получения высокоэффективного нанокомпозита графен/полимер в будущем.

Работа посвящена расчету сечения поглощения излучения на полупроводниковых наночастицах оксида индия и олова (ITO) в области плазмонного резонанса для наночастиц различных размеров, помещенных в различные среды. Проведено сравнение результатов расчета фотопоглощения, полученных в рамках теории Ми, с результатами, рассчитанными в дипольном приближении, а также с экспериментальными данными. Установлены границы применимости дипольного приближения. Оценены перспективы использования данных наночастиц в качестве активного вещества в оптических плазмонных сенсорах.

Приведены результаты исследования морфологии поверхности, электропроводности, поглощения и отражения СВЧ-излучения полимерного композита с концентрацией многостенных углеродных нанотрубок до 90%. Обнаружена аномалия поведения электропроводности композита при концентрации многостенных углеродных нанотрубок 43–52% в полимере бутадиен-стирольный латекс, которая коррелирует с морфологией поверхности, поглощением и отражением СВЧ-излучения композитных слоев. Предложена модель, объясняющая полученные результаты исследования. Установлено, что исследуемый композит с содержанием многостенных углеродных нанотрубок 80–90% можно использовать в качестве радиозащитных покрытий.

Получены никельсодержащие слои пористого кремния методами электрохимического осаждения и импрегнации. Исследуется влияние условий обработки пористого кремния никельсодержащим электролитом на его морфологию, оптические и электрофизические свойства.

Представлены результаты исследований процесса создания полимерных углесодержащих поглотителей электромагнитного излучения путем добавления в состав полиуретановой мастики порошкообразного угля (кокосового активированного, древесного активированного и неактивированного) для уменьшения коэффициента отражения электромагнитного излучения с целью обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных приборов. Разработана методика изготовления углесодержащих поглотителей электромагнитного излучения, по которой получены одно-, двух- и трехслойные образцы углесодержащих поглотителей электромагнитного излучения. Изучена структура частиц угля и механизм их распределения в полиуретановой мастике. На основе анализа частотных характеристик коэффициентов отражения и передачи в диапазоне частот 3-17 ГГц определены состав и расположение слоев для получения оптимального уровня экранирования радиоэлектронных приборов от электромагнитных помех и обеспечения электромагнитной совместимости.

Проведен обзор применения в беспилотном авиастроении композиционных наноматериалов. Используемые в этой области композиционные материалы строятся на основе полимерных матриц и каркаса из углеродных наноматериалов. Это позволяет улучшить как прочностные, так и электрофизические характеристики, включая экранирующие эффекты, а также другие эксплуатационные показатели. Отмечена значимость модифицирования углеродных наноматериалов для улучшения уже имеющихся показателей композиционных материалов и придания им новых функциональных возможностей.

Разработана математическая модель, которая описывает распространение монохроматических электромагнитных волн в среде с пространственной дисперсией, содержащей вытянутые вдоль заданного направления сфероидальные частицы. Исходная классическая интегро-дифференциальная модель для электромагнитных полей в среде с пространственной дисперсией преобразована с точностью до величин третьего порядка малости в дифференциальную модель, в которой интегро-дифференциальные уравнения Максвелла представлены в виде системы дифференциальных уравнений второго порядка. При этом электрическая и магнитная поляризации среды представлены через операторы Лапласа. Система уравнений решена аналитически, и построена полная система четырех прямых и четырех обратных, распространяющихся в противоположных направлениях электромагнитных волн. Аналитическое представление полей содержит вектор, определяющий направление распространения плоских волн. Волновые числа полей также зависят от направления их распространения, что указывает на анизотропный характер разработанной математической модели. Разработана методика решения краевой задачи проникновения плоских монохроматических электромагнитных полей через экран, выполненный из материала с пространственной дисперсией, содержащего сфероидальные частицы. Приведен графический материал для коэффициента эффективности экранирования.

Рассмотрены способы и методики модификации эпоксидных составов углеродными структурами, изучены способы создания модифицированных компаундов. Приведены результаты исследований эксплуатационных характеристик и термической стабильности полимерных композитов, матрицу которых представляют эпоксидные смолы, модифицированные различными по физико-механическим характеристикам углеродными структурами. Выполнен аналитический обзор литературных источников, посвященных снижению пожарной опасности материалов, применяемых в транспортной отрасли, изучены способы и методы получения огнестойких композитов. Проведено экспериментальное исследование влияния модификаторов на основе углеродных структур: углеродных нанотрубок, графита и астралена. По результатам экспериментального исследования получено, что модификация эпоксидной матрицы композита путем введения углеродных наполнителей при помощи ультразвуковой обработки способствует повышению термической стабильности. Для модифицированного материала характерно снижение интенсивности разрушения матрицы материала, выражающееся в снижении интенсивности потери массы, снижение максимального значения термического эффекта, увеличение периода окисления, а также устойчивое формирование теплоизолирующего углистого слоя. Даны практические рекомендации и предложения по внедрению и использованию огнестойких ремкомплектов для корпусов транспортных средств на основе эпоксидных смол с добавлением углеродных модификаторов.

Структура, состав и теплофизические свойства композита ПТФЭ с малослойными графеновыми нанопластинками исследованы методами ИК-спектроскопии, рамановской спектроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии. Показано, что малые добавки графитовых нанопластинок 2–6 мас. % приводят к увеличению температуры плавления, энтальпии плавления и степени кристалличности ПТФЭ. Данный эффект связывается с тем фактом, что графеновые нанопластинки служат центрами дополнительной кристаллизации ПТФЭ из смеси.

Многостенные углеродные нанотрубки были получены методом пиролитического газофазногоосаждения, после чего были синтезированы композиты с эпоксидной смолой. Спектры комбинационного рассеяния демонстрируют характерные пики углеродных нанотрубок на образцах композитов с эпоксидной смолой. Зарядовые характеристики полученных образцов исследовали с помощью электронно-зондового измерительного комплекса. В образцах композитов на основе ориентированных нанотрубок с эпоксидной смолой зарядка под электронным пучком наблюдалась в значительно меньшей степени. Полученные данные демонстрируют возможность использования полимерного композита с ориентированными нанотрубками в качестве антидинатронного покрытия.

Структура полимерных композитов с одностенными углеродными нанотрубками (УНТ) изучена методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). АСМ - изображения исследованных образцов подтверждают сильное взаимодействие нанодобавок с полимерной матрицей. При комнатной температуре измерена электропроводность на постоянном токе нанокомпозитов с различной концентрацией УНТ.

Установлено, что добавление одностенных углеродных нанотрубок (УНТ) в малой концентрации увеличивает не только предел прочности на разрыв, но и предел прочности на изгиб многокомпонентных полимерных композиционных материалов на основе эпоксидной смолы. С ростом концентрации УНТ пределы прочности на разрыв и на изгиб начинают уменьшаться, вероятно, вследствие начала процесса агломерации нанодобавок.

Проведено экспериментальное исследование влияния углеродных нанотрубок на электрические свойства полимерных композиционных материалов. Обнаружено, что добавление одностенных углеродных нанотрубок (УНТ) в малой концентрации приводит к гистерезису вольт-амперных характеристик и температурных зависимостей электрической проводимости, а также вызывает ее анизотропию в исследованных образцах.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются полимерные композиты, которые при использовании на различных технических объектах в качестве конструкционных элементов могут подвергаться как совместному, так и раздельному температурному и радиационному воздействиям, вследствие чего их исходные физико-механические свойства могут изменяться. Материалы и методы. Использовались статические и динамические методы определения констант, характеризующих механические свойства полимерных композитов. Методом расчетного прогнозирования выполнен анализ многочисленных ядерных реакций, происходящих при облучении нейтронами реактора полимерного композита с определенным химическим составом. Результаты этого анализа подтверждают изменение состава композита и возможность изменения его внутренней структуры. Основные результаты. Подтверждена возможность использования изученных полимерных композитов при температурном и радиационном воздействиях, характерных для работы элементов корабельной ядерной энергетической установки (ЯЭУ), таких как, например, фундаментные конструкции. Заключение. Для рассмотренного диапазона температурного и радиационного воздействий наиболее существенно влияние температуры на характеристики композита, определяемые механическими характеристиками его матрицы, при этом влияние радиационного воздействия незначимо по сравнению с влиянием повышения температуры. При разработке полимерных композитов для использования в более мощных радиационных полях нейтронов и гамма-излучения целесообразно выполнение оптимизации их элементного (химического) состава, основанной на уменьшении или исключении из него элементов, приводящих к образованию долгоживущих радионуклидов.

ЭКРАНИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ЭКРАНАМИ ИЗ ПЕРМАЛЛОЯ

На основе изучения интегральной температуры поверхности образцов отвержденного угле- и стеклопластика в процессе воздействия на них СВЧ электромагнитного поля в камере лучевого типа с неограниченным объемом определено влияние плотности потока (ППЭ) СВЧ энергии на уровень поглощенной неоднородными по составу и структуре материалами мощности. Установлено, что ППЭ и температура нагрева материалов с погрешностью не выше (10-13) % описываются степенными функциями. При этом значение ППЭ однозначно определяется расстоянием от плоскости раскрыва излучающего рупора до объекта воздействия. Изменение температуры носит более сложный характер и представляет собой линию, близкую к синусоиде, наложенной на график ППЭ. Максимумы и минимумы температуры достаточно хорошо коррелируют с пучностями и узлами электромагнитной волны. Показано, что для углепластика данная зависимость менее выражена, что связано со сложным характером перераспределения и поглощения мощности СВЧ излучения в диэлектрической матрице, армированной разнонаправленными проводящими структурами. При разработке СВЧ технологий и оборудования для обработки отвержденных материалов, в том числе композиционных, для получения требуемого эффекта необходимо учитывать расположение объекта воздействия относительно пучности (узла) электромагнитной волны и относительно плоскости раскрыва излучающего рупора.

Разработан лабораторный макет устройства для косвенных измерений эффективности экранирования (ЭЭ) малогабаритных экранирующих конструкций (ЭК). Созданы прототипы измерительной оснастки и программного обеспечения устройства. С их помощью выполнены тестовые измерения ЭЭ типовой прямоугольной ЭК. Показано, что в диапазоне частот от 10 МГц до 1 ГГц, частотные зависимости ЭЭ, полученные с помощью разработанного макета, измерений в безэховой камере, а также вычислений аналитическим и численным методами, хорошо согласуются. Так, среднее значение модуля абсолютной погрешности не превышает 5,4 дБ.

В статье рассматриваются вопросы моделирования процессов поглощения и рассеяния электромагнитных волн на цилиндрической частице. Для проверки адекватности поведения модели проведено компьютерное моделирование. Результаты представлены в виде графиков.

Одним из основных источников электромагнитного излучения в окружающей среде являются линии электропередачи, не учитывая данный факт, всё чаще наблюдаются случаи строительства зданий в непосредственной близости с границами охранных зон воздушных линий. Целью настоящего исследования является повышение электромагнитной безопасности населения, в результате применения при строительстве жилых объектов, находящихся рядом с воздушными линиями электропередачи, конструкционно - отделочных материалов, обладающих наибольшей экранирующей способностью. На примере «Профнастила» различных марок, используемого в качестве экранирующего материала, получены показатели, отражающие эффективность электромагнитного экранирования. Также по итогам исследования установлено, что в экранировании электрического поля играет роль не только сырье, из которого изготовлен материал, но и его форм- фактор.

Под электрическими свойствами понимают совокупность параметров, характеризующих поведение полимера в электромагнитном поле. Большинство полимеров являются типичными диэлектриками. Диэлектрики относятся к весьма распространенным материалам, сравнительно недавно применявшимся только для электрической изоляции. Изучение диэлектрических характеристик полимерных веществ имеет важное научное и техническое значение. Эти исследования позволяют выяснить некоторые закономерности строения молекул, а также дают возможность получить новые необходимые в технике изоляционные материалы с заданными свойствами, поэтому эта тема так актуальна.

Представлены результаты экспериментального исследования частотных зависимостей импеданса сэндвич-структур металл/полимер/металл для разных толщин полимерного слоя. Измерены вольтамперные характеристики образцов в различных частотных диапазонах. Общий вид графиков амплитудночастотных характеристик для всех толщин пленок хорошо описывается теоретической моделью последовательной RC-цепи. На всех графиках можно заметить наличие частоты среза, которую можно интерпретировать как начало работы RC-фильтра. Однако наблюдаются также существенные отклонения от теоретических характеристик. Установлено, что при толщине полимерного слоя 80 нм в диапазоне частот 10-40 Гц наблюдается аномальное уменьшение импеданса, соответствующее увеличению тока на вольтамперных характеристиках. Возникающая зарядовая неустойчивость рассматривается как следствие объемно-зарядной поляризации, которая в свою очередь обусловлена спецификой полимер-полимерных интерфейсов, возникающих при формировании надмолекулярной структуры полимера. Результаты работы интерпретируются в рамках модели резистивного переключения, которая предполагает, что в случае субмикронных полимерных пленок, используемых в системе металл/полимер/металл, резистивное переключение возможно в результате последовательной трансформации энергетической электронной подсистемы полимерной пленки под действием инжекции зарядов из электродов.

С помощью предельных переходов из общих соотношений для скоростей поверхностной релаксации и радиационного затухания в вытянутой и сплюснутой эллипсоидальной наночастице получены соответствующие выражения для частиц в форме стержня и диска. Рассчитаны частотные зависимости статистически усредненных эффективностей поглощения и рассеяния электромагнитного излучения наночастицами различной формы. Вычисления проведены для наноструктур Au, Ag, Cu и Pt. Проанализировано влияние формы и материала наночастицы на количество, положение максимумов и эффективность поглощения и рассеяния. Установлено, что наличие двух максимумов частотной зависимости эффективности рассеяния для нанодисков связано с проявлением продольного и поперечного поверхностного плазмонного резонанса.

Исследованы изделия из композиционных материалов акрилонитрил бутадиен стирол (АБС) - углеродное волокно с содержанием углеродного волокна до 10 мас. %, полученные методом экструзионной полимерной 3D-печати. Рассмотрены зависимости механических характеристик образцов при испытании на растяжение и изгиб от содержания углеродного волокна, а также методом растровой электронной микроскопии исследована структура поверхностей разрушения испытанных образцов. Изучены физико-механические свойства полимерных образцов, подвергнутых старению, и композиционных материалов на основе этого полимера с различным содержанием углеродного волокна. Для приготовления композиционного материала использовался вторичный АБС-пластик, подверженный естественному старению в течение 17000 ч. Описаны технологические особенности процесса получения композиционного филамента, приведена схема получения филамента, оптимальная с точки зрения достижения наилучших физико-механических свойств образцов.

В данной статье рассматривается влияние концентрации углеродных нанотрубок на предел прочности на разрыв модельных образцов полимерных композитов, изготовленных на основе эпоксидной смолы ЭТАЛ-200ТВ и многостенных углеродных нанотрубок. Показано, что функциализованные малостенные углеродные нанотрубки оказывают упрочняющий эффект на прочность на разрыв композита эпоксидная смола - углеродные нанотрубки.

Сформулирована классификация композиционных материалов (КМ) для защитных экранов электромагнитного излучения на основе полимерных матриц, наполненных дисперсными углеродными наноструктурами (УНС). Приведены обзор и анализ современного состояния и тенденций развития путей повышения эффективности радиопоглощающих полимерных нанокомпозитов за счет применения функционализированных и поверхностно-модифицированных УНС, комбинирования различных по природе нано- и микроразмерных наполнителей, создания гибридных КМ на основе УНС и микроволокон, использования токопроводящей полимерной матрицы. Показано, что применение УНС для экранирования электромагнитного излучения имеет большие перспективы, при этом эффективность экранирования зависит от типа УНС, их размеров и концентрации, типа матрицы, технологии диспергирования и др.

В работе экспериментально исследованы и проанализированы зависимости диэлектрической проницаемости и удельного объемного сопротивления композита 80 масс % СКИ-3+20 % масс % ПЭНП (полиэтилен низкой плотности) от концентрации наноразмерных частиц наполнителей алюминия и сажи. Рассмотрены особенности этих кривых. Показано, что при малых содержаниях в композите наночастиц Al и сажи наблюдаются существенные изменения - экстремумы - на кривых зависимости εo'= εo'(С), pv= pv(C), не укладывающиеся в рамки модели максвелл-вагнеровской поляризации.

В статье описана модель поглощения электромагнитной энергии радиочастотного диапазона биологическими тканями. Рассмотрены проблемы моделирования взаимодействия излучения СВЧ-диапазона и биологических тканей, представленных в виде многослойных структур. Разработаны модели полосковых излучателей для шести поддиапазонов, перекрывающих диапазон 500-3500 МГц. Модель биологической ткани разработана на основе изображения магниторезонансной томографии, что позволяет проводить моделирование в условиях, приближенным к реальным. На основании разработанных моделей приемопередатчиков и биоткани созданы модели, позволяющие провести анализ поглощения электромагнитной энергии в ближней и дальней зоне передатчика. Из результатов моделирования в ближней зоне видно, что имеются определенные максимумы поглощения на частотах 750, 938, 1250 и 1357 МГц. Исходя из результатов моделирования в дальней зоне можно отметить, что в диапазоне 750-1000 МГц не наблюдается пик поглощения на частоте 938 МГц. Также в результате моделирования зафиксировано уменьшение величины поглощения, начиная с частоты 750 МГц. Отсутствие пика поглощения также наблюдается и в районе частоты 1357 МГц. В диапазоне 2,5-3 ГГц как в ближней, так и в дальней зонах наблюдается практически линейное уменьшение величины поглощения. При анализе влияния размеров структур на поглощение электромагнитной энергии в биологических тканях было обнаружено, что характер изменения величины поглощения является нелинейной величиной. В диапазоне 0,5-2 ГГц наблюдается как увеличение, так и уменьшение поглощения при утолщении или утончении слоев. Также необходимо отметить, что при увеличении размеров каждого слоя на 10 % наблюдается пик поглощения в районе частоты 1156 МГц. Для диапазона 2-3,5 ГГц не наблюдается значительных изменений формы графика при изменении толщины слоев.

Представлены результаты исследования текстурных и электрохимических свойств полианилин-углеродных композитов, используемых в качестве электродов суперконденсаторов. Композиты готовили путем полимеризации анилина в присутствии углеродных материалов с разными текстурными характеристиками и содержанием мономера. Показано, что текстурные характеристики и электрохимические свойства полученных композитных материалов углерод/полианилин определяются пористой структурой исходного углеродного материала и содержанием полимера. Максимальная удельная емкость была получена для композитного материала на основе углеродного материала с удельной площадью поверхности 2290 м2·г-1 и содержанием полианилина 61 мас% и составила 465 Ф·г-1.

В данном обзоре обобщены результаты исследований в области полимерных композитов, полученных различными методами. Разработка полимерных материалов и композитов на их основе является одним из перспективных направлений. Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал (полимеры, олигомеры, сополимеры), являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Они широко применяются в промышленности для изготовления стекловидных, керамических, электроизоляционных покрытий, в качестве адсорбентов при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов, а также для получения ионообменных мембран. Композиционные материалы обладают уникальными свойствами, такими как большая площадь поверхности, термическая и механическая стабильность, хорошая селективность по отношению к различным загрязнителям, экономическая эффективность. В обзоре представлены физико-химические и структурные характеристики композитных материалов на основе синтетических полимеров (полимер-углеродные, полимерглинистые композиты), полимерных гетероциклических и кремнийорганических соединений. Полимер-углеродные и полимерглинистые композиты эффективны для удаления органических и неорганических загрязняющих веществ в различных областях применения. Однако следует заметить, что они не достигли оптимальных эксплуатационных характеристик в качестве адсорбентов для крупносерийного производства. Гибридные материалы, полученные золь-гель методом, заслуживают особого внимания. При использовании этого метода можно сравнительно легко влиять на состав и строение поверхностного слоя в таких материалах, которые применяются в качестве адсорбентов тяжелых и благородных металлов, катализаторов, мембран, сенсоров, в биологическом антибиозе, ионообменном катализе и т. д. Такие композиты отличаются повышенной механической прочностью и термостабильностью, обладают улучшенными термохимическими, реологическими, электрическими и оптическими свойствами.

Рассмотрены различные технологические приемы получения композитов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и углеродных волокон марки УВИС-АК-П, основанные на физическом и ультразвуковом воздействии на компоненты полимерных композитов. Исследована зависимость физико-механических и триботехнических характеристик от технологии получения полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе ПТФЭ и углеродных волокон марки УВИС-АК-П. Для улучшения распределения дискретных углеродных волокон в полимерной матрице в данной работе использованы два технологических приема: ультразвуковое воздействие на порошковую композицию в сухой среде и введение наполнителя в полимерную матрицу через концентрат полимера с углеродными волокнами (УВ). При этом рассмотрено влияние содержания наполнителя в концентрате на свойства полимерных композитов. Для повышения адгезионного взаимодействия полимер-наполнитель, использована технология совместной активации компонентов на стадии получения концентрата, после чего полученную смесь смешивали порцией полимера до необходимой концентрации наполнителя. Установлено, положительное влияние использования технологии совместной механической активации компонентов на свойства ПКМ на основе ПТФЭ и углеродных волокон марки УВИС-АК-П. Выявлено, что оптимальными свойствами обладает композит с содержанием УВ 5 масс. %, полученный с использованием совместной механоактивации полимера с УВ при скорости вращения барабанов планетарной мельницы 400 об/мин при массовом соотношении 50 % концентрата и 50 % ПТФЭ. Деформационно-прочностные показатели этого композита на уровне исходного полимера, а износостойкость выше в 2020 раз по сравнению с ПТФЭ и в 5 раз по сравнению с композитом, полученным простым смешением концентрата с полимером.

В работе изучена морфология композиционных резистивных материалов на основе двухкомпонентного полиуретанового связующего Kontracid D3010. Экспериментально определено, что на однородность резистивных композитов существенное влияние оказывают такие факторы, как размер и форма частиц углеродных наполнителей, способ и время смешения полимерной углероднаполненной композиции. Выявлено, что оптимальным способом получения системы полиуретан - углеродный наполнитель является диспергирующее смешение компонентов в течение 120 мин. Показано, что именно такая обработка позволяет получить наиболее однородные покрытия с низкой пористостью и наибольшим числом контактов. На основе анализа морфологических картин поверхностей и сколов резистивных композитов, наполненных коллоидно-графитовым препаратом C-1, графитом элементным ГЭ-3 и канальной сажей К-163 выявлено, что покрытия с наполнителем С-1 более однородны при одних и тех же концентрациях в связующем. Установлено, что диспергирование приводит к увеличению объемной доли мелких частиц и показано, что не зависимо от природы используемого наполнителя, это воздействие приводит к увеличению электропроводности в резистивном композите за счет формирования электропроводящей сетки в структуре композита.

Для защиты электронных систем от импульсного воздействия электромагнитных полей предлагается экранирование импульсов конструкциями экранов на основе иглопробивного и войлочного материалов, в том числе содержащих пропитывающие жидкости. Измерение экранирующих характеристик полученных экранов проводилось с помощью испытательного комплекса импульсных электромагнитных полей, работающего по принципу воспроизведения в пространстве сверхкоротких электромагнитных импульсов вертикальной (горизонтальной) поляризации с амплитудой импульсов в начале рабочей зоны не менее 5 и 50 кВ/м. Испытательный комплекс включал в себя генераторы импульсных напряжений, высоковольтные коаксиальные кабели, антенно-фидерное устройство, цифровой индикатор поля, кабель и выносную кнопку дистанционного пульта. Эффективная полоса частот импульса была от 130 МГц до 2,31 ГГц. Мощность импульса в начале рабочей зоны 5,34 МВт. При каждом испытании осуществлялось излучение 5 пачек импульсов и измерение амплитуд импульсов. Каждая пачка импульсов имела длительность 1 с. Частота импульсов в пачке составляла 1 кГц. Осуществляли расчет эффективности экранирования, усредненной по эффективной полосе частот, и определяли погрешность. Получены значения эффективности экранирования электромагнитного импульса, которые для иглопробивного материала с содержанием углеродных волокон составляют 9.4.. .15.5 дБ, в зависимости от пропитывающей жидкости, а для войлочной ткани со слоем полимерной металлизированной пленки - 9,7.12,4 дБ, в зависимости от пропитывающей жидкости, что позволяет использовать их для создания конструкций экранов для защиты электронных систем от деструктивного воздействия электромагнитного оружия.

Проведено исследование влияния остаточного катализатора синтеза многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) на электрофизические свойства композитов МУНТ-полиэтилен, полученных методом механического смешения в расплаве. Содержание остаточного катализатора варьировали путем изменения времени синтеза МУНТ. Используемые в работе нанотрубки были охарактеризованы с использованием просвечивающей и растровой электронной микроскопии, атомно-эмиссионного анализа, рентгенофазового анализа и измерений магнитной проницаемости. Структуру полученных композитов исследовали с использованием оптической и растровой электронной микроскопии. Были получены зависимости удельной намагниченности от приложенного магнитного поля, объемной электропроводности от объемного содержания наполнителя в композите и частотные зависимости отражения, пропускания и поглощения электромагнитного излучения в диапазоне 0.01-18 ГГц. Установлено, что полученные композиты характеризуются равномерным распределением нанотрубок в полимерной матрице, а зависимость объемной электропроводности от содержания МУНТ в композите имеет перколяционный характер. Вариация времени синтеза нанотрубок позволяет получать МУНТ с высоким содержанием ферромагнитных частиц, представляющих собой сплав, близкий по стехиометрии к составу активного компонента катализатора. Показано, что использование композитов, модифицированных МУНТ с высоким содержанием остаточного катализатора, является более эффективным для поглощения электромагнитного излучения за счет увеличения в них магнитных потерь. Ключевые слова: многослойные углеродные нанотрубки; ферромагнитные частицы катализатора; полимерные композиты; механическое смешение в расплаве; гигагерцовый диапазон; поглощение электромагнитного излучения

Изучено влияние модифицирования поверхности частиц титаната бария малослойными графеновыми нанопластинами (GnP) на характеристики поверхности BaTiO3 и диэлектрические свойства композитов, получаемых при введении модифицированного наполнитеость диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь композитов от количества вводимого графена, имеющая осциллирующий характер при его содержании 0.2-1.6 мг/г с тенденцией к росту при более высоком количестве добавки. Полученные зависимости сопоставлены с изменением содержания льюисовских и бренстедовских центров на поверхности модифицируемого титаната бария. Показано, что оптимальное количество вводимого графена составляет около 0.5 мг/г, что обеспечивает одновременный рост диэлектрической проницаемости и снижение тангенса диэлектрических потерь.

Вопрос электромагнитной совместимости в настоящее время становится всё более актуальным. Так как с каждым днем растет требования к качеству электроэнергии(КЭ). Под качеством электрической энергии понимают совокупность характеристик уровня помех, которые могут вызвать отклонение напряжения и частоты.

Недавно были предсказаны новые слабозатухающие магнитоплазменные моды в неограниченной 2D электронной системе. Можно ожидать, что если частота света при данном волновом векторе меньше частоты магнитоплазменных колебаний, то последние должны проявляться в оптических коэффициентах, например, в коэффициенте поглощения электромагнитных волн, падающих на 2D систему. Мы проанализировали коэффициенты отражения, прохождения и поглощения электромагнитных волн, падающих под некоторым углом к нормали на 2D электронную систему, проводимость которой имеет друдевский вид с учетом диссипации и перпендикулярного к системе магнитного поля. Оказалось, что все эти коэффициенты не имеют полюсов в окрестности магнитоплазменных волн, однако, зависимость коэффициента поглощения от угла падения может иметь выраженный максимум, который возникает вблизи предсказанных магнитоплазменных мод.

Предложена реализация метода спектральных элементов для расчета поглощения и отражения электромагнитных волн в наноструктурированных материалах. Этот подход сочетает в себе как точность, присущую спектральным методам, так и универсальность метода конечных элементов. В качестве примеров приведено решение уравнений Максвелла для двумерного случая наноструктурированной поверхности и нано-нитей золота в кремниевой матрице.

Предлагается усовершенствованная реализация метода моментов для расчета поглощения и отражения электромагнитных волн в двумерных наноструктурах. Предлагаемый подход основан на разбиении структуры на области с постоянными значениями диэлектрической и магнитной проницаемости и расчете отображения Дирихле-Неймана этих областей, с помощью разработанного нами варианта интегрального метода. После чего рассчитывается матрица отображения Дирихле-Неймана или же матрица рассеяния всей наноструктуры. Метод сочетает в себе высокую точность присущую методу моментов и универсальность метода конечных элементов. В качестве примеров будет приведено решение уравнений Максвелла для двумерных дифракционных решеток.

В работе приводятся соотношения относительных значений отраженной, прошедшей и поглощенной мощностей в долях падающей волны на нанометровую проводящую пленку. Расчетные соотношения получены из баланса мощностей, а использование экспериментальных данных позволяет оценить параметры пленок и полей.

В настоящее время в связи с огромными успехами науки диэлектрики получили почти универсальное применение в самых разных областях электротехники радиотехники.

Методом импедансной спектроскопии исследованы электрофизические свойства композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с ограниченной массовой концентрацией 0,5 мас.% оксида меди CuO в диапазоне частот от 102 до 108 Гц. Предполагается, что введение в состав полимера малых концентраций наночастиц способствует более равномерному их осаждению на поверхностях полимерных гранул. Это позволяет в процессе тестирования таких образцов выявить наиболее вероятные механизмы их поляризации и протекания электрического тока в относительно однородном ансамбле наночастиц в полимерной матрице. Установлено, что внедряемые в полимерную матрицу наночастицы незначительно влияют на процессы электрической поляризации, но приводят к появлению частотно-зависимой проводимости в широком диапазоне частот. Этот процесс сопровождается существенным возрастанием диэлектрических потерь. Электрофизические характеристики полученных композитов обсуждаются с учётом переноса электрических зарядов (ионов или электронов) как по внутренней, так и по поверхностной структуре наночастиц CuO.

Предложен механизм поглощения лазерного излучения металлической поверхностью при формировании поверхностных наноструктур. В основе механизма лежит гетерогенный характер такого поглощения за счёт образования в старой возбуждённой структуре зон поглощения. Показано, что процесс поглощения лазерного излучения металлами может носить нелинейный характер.

В статье изложены пути повышения помехозащищённости от электромагнитных (кондуктивных) помех, излучаемые самой радиоэлектронной аппаратурой при помощи сетевого фильтра и экранированного кабеля питания. Приведено описание причины возникновения помех и устранения их. Проведено испытание на эффективность сетевого фильтра при устранении помех в аппаратуре. Цель статьи - показать с помощью экспериментальных испытаний повышение помехозащищённости от электромагнитных (кондуктивных) помех в радиоэлектронной аппаратуре при помощи сетевого фильтра и экранированного кабеля питания. Проведено изучение современных методов построения сетевых фильтров, детальное изучение техники защиты от импульсных выбросов в сети и фильтрации помех во входных цепях модулей и блоков электропитания аналоговой и цифровой аппаратуры.

Теоретически рассматривается возможность резкого роста поглощения излучения терагерцового диапазона в графене, которое достигается размещением его вблизи металлической дифракционной решетки. Решение задачи заключается в разложении полей по флоке-модам и применении граничных условий для тангенциальных составляющих электромагнитного поля. Вследствие дифракции электромагнитной волны на решетке и интерференции волн удается достичь концентрации энергии электромагнитного поля в области размещения графена. Показано, что для двух вариантов решетки - отражающей и пропускающей - при определенном выборе физических параметров достигается практически полное поглощение электромагнитного излучения в атомарно тонком слое графена, что в несколько раз превосходит по величине поглощение в свободностоящем графене, имеющем такие же параметры. Результаты исследования могут быть использованы при разработке детекторов и сенсоров в активно развивающейся в настоящее время области терагерцовой спектроскопии.