НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЕ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

April 20, 2012 by admin Комментировать »

Колесов В. В., Фионов А. С.

Институт радиотехники и электроники РАН Москва, Россия Тел.: +7 (095) 2021046; e-mail: kvv@mail.cplire.ru Доценко И. П., Юрков Г. Ю.

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН

Москва, Россия

Аннотация – Разработана технология создания металлополимерных нанокомпозитов на основе различных полимерных матриц. Исследованы основные электрофизические характеристики металлополимерных нанокомпозитов полиэтилен-железо с содержанием наночастиц железа до 20 массовых процентов в различных частотных диапазонах.

I.  Введение

Современная стратегия научно-технического развития во многом определяется уровнем достижений в области новых материалов. Материалы со специальными физико-механическими и химическими свойствами, технология их изготовления и обработки являются основой создания новой наукоемкой продукции.

Нанофазные материалы представляют собой вещества с внутренней структурой, имеющей характерные размеры нанометрового масштаба. Структурированные композитные нанофазные материалы имеют специфические особенности и свойства, отличные от свойств веществ, находящихся в обычных объемных фазах, например, могут иметь другие механические и электрофизические характеристики в различных частотных диапазонах, в том числе и в микроволновом диапазоне. Основой наномасштаб- ной структуры могут быть как металлические наночастицы, так и молекулярные кластеры, обладающие абсолютной идентичностью.

Использование специфических особенностей на- нофазных материалов позволит создавать «умные» адаптационные материалы с заранее заданными свойствами, которые могут меняться под воздействием параметров внешней среды. На основе таких материалов можно создавать радиоэлектронные устройства нового поколения.

Достаточно актуальной задачей в настоящее время является создание высокопроизводительной технологии производства радиопоглощающих материалов нового поколения с расширенными функциональными и потребительскими возможностями, в том числе с повышенным радиопоглощением в широком диапазоне частот.

Особое место занимают полимеры с магнитными наночастицами. Последние годы в этой области интенсивно шли разработки методов получения и стабилизации магнитных частиц нанометровых размеров. На базе таких материалов обнаружен ряд уникальных свойств, таких как гигантское магнитосопро- тивление, высокая коэрцитивная сила и др. Это позволяет надеяться на применении таких материалов в системах записи и хранения информации с большой плотностью записи, в качестве компактных постоянных магнитов в магнитных системах, материалов для систем сверхглубокого охлаждения и т.п.

II.  Основная часть

Высокодисперсные металлические частицы с размерами от 1-30 нм – это наименее изученная область объектов. Свойства наночастиц сильно отличаются как от свойств массивного материала, так и от свойств индивидуального атома или молекулы. К необычным свойствам наночастиц необходимо отнести также их магнитные и каталитические свойства.

Способы получения можно разделить на два основных направления:

1) получение наночастиц из атомов металлов, в результате нукпеации (конденсационный);

2) получение наночастиц из компактного металла путем диспергирования (диспергирующий).

Диспергирующий метод состоит в измельчении микрочастиц до наноразмеров, а конденсационный – связан с агломерацией атомов металла. Эти способы позволяют получать металлсодержащие частицы с разнообразными физико-химическими свойствами и размерами [1].

Проблемой при получении наночастиц является их высокая реакционная способность. Наночастицы чувствительны к примесям, агломерируют друг с другом при воздействии на систему извне. Повышение устойчивости наночастиц достигается применением стабилизаторов, в качестве которых используются низкомолекулярные органические соединения и синтетические полимеры (ПЭ, ПП, ПТФЭ, и др.).

Существуют два принципиально разных способа стабилизации наночастиц с помощью матричной изоляции. Первый способ заключается в добавлении раствора полимерного стабилизатора к готовой дисперсии частиц. При этом и сам полимер может подвергаться различным превращениям: деструкции, сшиванию, связыванию с металлокомплексами. Второй подход состоит в приготовлении дисперсии в присутствии стабилизатора или в получении стабилизатора из его предшественников в среде готовой дисперсии наноразмерных частиц. Распространенной разновидностью этого способа является формирование наночастицы непосредственно в среде полимера. Получаемые материалы отличаются максимально равномерным распределением частиц металлов в объеме полимера и прочным химическим взаимодействием металла с полимером.

В данной работе образцы металлополимеров получали методом термодеструкции органических солей металлов в раствор-расплаве полиэтилен-масло

[2]    . Измерения диэлектрической проницаемости производились в измерительной емкостной ячейке. Экспериментальная зависимость £(С) (Рис. 1) коррелирует с изменением плотности образцов в зависимости от концентрации наночастиц железа.

Измерения электропроводности производились на постоянном токе в электрометрической ячейке при рабочих напряжениях 10, 100 и 1000 В. Характер зависимости тока через образец от времени свидетельствует о преимущественно ионном характере проводимости вплоть до концентраций наночастиц железа 10 массовых процентов и величин напряженности приложенного электрического поля 10е В/м.

Значительное увеличение удельной электропроводности до 10′11 См/м для образцов с 20% содержанием наночастиц железа (на три – четыре порядка выше ненаполненного полимера) можно объяснить активацией дополнительных механизмов электропроводности, таких как прыжковая и туннельная (Рис. 2). Такая активация происходит при достижении некоторого порогового уровня концентраций наночастиц в интервале 10…20 массовых процентов. Величина напряженности электрического поля порядка 105-106 В/м характеризует высоту барьера для активируемых типов проводимости.

С. масс.%

Рис. 1. Зависимость диэлектрической проницаемости от содержания наночастиц железа. £д— диэлектрическая проницаемость ненаполненного полимера).

Fig. 1. The permittivity dependence upon mass percentage content of iron nanoparticles. ed– permittivity of the unfilled polymer

Исследования сверхвысокочастотных свойств проводились в волноводном тракте на различных частотах. Измерения показали увеличение поглощающей способности наноструктурированного материала с увеличением плотности наночастиц в полимерной матрице. В частности затухание СВЧ- колебаний на частоте 30 ГГц равнялось 4 и 16 дБ/см при концентрации наночастиц железа в полимерной матрице соответственно 10 и 20 массовых процентов.

Рис. 2. Зависимость удельной электропроводности от содержания наночастиц железа. Од- удельная электропроводность ненаполненного полимера.

1 – при 10 В, 2- при 100 В, 3- при 1000 В.

Fig. 2. The electric conductivity dependence upon mass percentage content of iron nanoparticles for various applied voltage. Od- electric conductivity of the unfilled polymer. 1 – for 10 V, 2-for 100 V, 3-for 1000 V

Исследованы электрофизические характеристики металлополимерных нанокомпозитов на основе наночастиц железа, инкорпорированных в матрицу из полиэтилена. Показано, что такие материалы могут быть использованы в устройствах, эффективно экранирующих электромагнитное излучение в широком частотном диапазоне.

Работа выполнялась в рамках проекта МНТЦ №1991 и программы Президиума РАН «Низкоразмерные квантовые структуры».

I.    Список литературы

[1] Губин. С. П., Рос. хим. журн., 2000, XLIV , №6, С. 23.

[2] Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е.. Наночастицы металлов в полимерах, Москва: Химия, 2000.

THE NANOCOMPOSITE METAL-POLYMERIC MATERIALS

Kolesov V. V., FionovA. S.

Institute of Radioengineering and Electronics RAS Moscow, Russia Tel.: (095) 2021046; e-mail: kvv@mail.cplire.ru Dotsenko I. P., Yurkov.G. Yu.

Institute of General and Inorganic Chemistry, RAS Moscow, Russia

Abstract – The technology of making of metal-polymeric nanocomposites on the basis of the various polymeric matrixes was developed. The main electrophysical characteristics of metal-polymeric nanocomposites polyethylene-iron with contents of nanoparticles before 20 mass percents in different frequency ranges were investigated.

I.  Introduction

The modern strategy of scientific and engineering evolution in many respects is defined by the achievements level in the field of new materials development. The materials with especial physical and chemical characteristics, technology of fabrication and processing are a basis of high technology.

II.  Main part

In the present study the samples of metal-polymeric nanocomposites were produced by the thermo destruction method of organic salts of metals in solution-melt polyethylene-oil. The permittivity measurements were carried out in measuring capacitive cell. The conductivity measurements were produced on direct currents in electrometric cell at applied voltages 10, 100 and 1000 V. Investigations of UHF characteristics were realized in waveguide on various frequencies. The measurements have shown increasing of absorbing abilities of nanostructured material with increasing of nanoparticles consistence in polymeric matrix. In particular the attenuation of UHF-radiation on frequency 30 GHz was equal to 4 and 16 dB/cm at nanoparticle concentrations in polymeric matrix 10 and 20 mass percents, accordingly.

III.  Conclusion

The electrophysical characteristics of metal-polymeric nanocomposites on the basis of iron nanoparticles incorporated to polyethylene matrix were investigated. It was shown that such materials can be used in devices effectively shielding electromagnetic radiation in broad frequency range.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты