МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

February 22, 2013 by admin Комментировать »

Колесов В. В., Петрова Н. Г., Фионов А. С.

Институт радиотехники и электроники РАН Моховая улица, д. 11, к.7, г. Москва, 125009, Россия тел.: +7(495) 2021046, e-mail: kvv@cplire.ru Доценко И. П., Юрков Г. Ю.

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

г. Москва, Россия

Аннотация – Разработана технология создания метал- лополимерных нанокомпозитов на основе различных полимерных матриц. Исследованы основные электрофизические характеристики металлополимерных нанокомпозитов полиэтилен-железо с содержанием наночастиц железа до 30 массовых процентов в различных частотных диапазонах.

I.                                       Введение

Разработка наноструктурированных материалов и нанотехнологий – одни из самых быстро развивающихся и востребованных направлений современной науки и техники. Значительный интерес представляют особенности в строении и свойства малых атомных и молекулярных агрегаций, так как являются промежуточными между строением и свойствами изолированных атомов и массивного (объемного) твердого тела. Длительное время исследования наноэффектов проводились на изолированных наночастицах с размером более 1 нм и кнастерах, содержащих от двух атомов до нескольких сотен и ультрадисперсных порошках [1].

Малые частицы и наноразмерные элементы используются для производства различных материалов. Например, в авиации применяются радиопоглощающие керамические материалы, в матрице которых беспорядочно распределены тонкодисперсные металлические частицы. Нитевидные монокристаллы и поликристаллы обладают очень высокой прочностью и благодаря этому их используют как наполнители легких композиционных материалов для аэрокосмического применения.

В последнее время синтезированы нанокпастеры ряда металлов, металлофуллерены, нанотрубки, наноструктуры на основе супрамолекулярных гибридных органических и неорганических полимеров, достигнут значительный прогресс в методах наблюдения и исследования локальных свойств нанообъектов и наноструктур, связанный с развитием сканирующей зондовой микроскопии, рентгеновских и оптических методов с использованием синхротронного излучения, оптической лазерной спектроскопии, радиочастотной и миллиметровой спектроскопии, мес- сбауэровской спектроскопии и др. [2]

Структурированные композитные нанофазные материалы имеют специфические особенности и свойства, отличные от свойств веществ, находящихся в обычных фазах, могут иметь другие механические и электрофизические характеристики в различных частотных диапазонах в том числе и в микроволновом диапазоне. Основой наномасштабной структуры могут быть как металлические наночастицы, так и органометаллические молекулярные кпастеры, обладающие абсолютной идентичностью.

Достаточно актуальной задачей является создание 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

Физико-химические свойства металлсодержащих композитных материалов зависят от природы, концентрации и размеров наночастиц и определяются условиями проведения синтеза [3].

Композиционными называют материалы, состоящие из двух или более фаз с четкой межфазной границей. Композиционные материалы различаются типом матрицы (органическая, неорганическая), ее пе- рерабатываемостью, типом наполняющих элементов, их ориентацией и непрерывностью. Механические свойства композитов зависят от структуры и свойств межфазной границы. Сильное межфазное взаимодействие между матрицей и наполнителем обеспечивает высокую однородность и прочность материала. Наблюдаемая тенденция к улучшению свойств материалов при уменьшении размеров наполнителя объясняется снижением макроскопической дефектности.

Рис. 1. Зависимость диэлектрической проницаемости от массовой доли наполнителя.

Fig. 1. The dielectric permeability dependence upon mass percentage content of the filler

Известно, что наночастицы металлов взаимодействуют с полимерной матрицей. Образующиеся наночастицы железа активируют молекулы полимера, т. е. происходит взаимодействие зарождающихся наночастиц металлов со связями полимера.

METAL-POLYMERIC NANOSTRUCTURED MATERIALS

Рис. 2. Зависимость поглощения от массовой доли наполнителя.

Fig. 2. The absorption dependence upon mass percentage content of the filler

Исследования сверхвьюокочастотных свойств проводились в волноводном тракте на различных частотах. Результаты измерений диэлектрической проницаемости образцов с различным массовым заполнением для диапазона частот 20-50 ГГц приведены на Рис. 1. Монотонное увеличение диэлектрической проницаемости обусловлено вкладом поляризации наночастиц металла, поляризуемость которых вследствие более вьюокой подвижности электронных оболочек выше поляризуемости матрицы, что и приводит к росту ε с ростом концентрации наполнителя. Измерения показали увеличение поглощающей способности на- ноструктурированного материала с увеличением плотности наночастиц в полимерной матрице (Рис. 2).

III.                                  Заключение

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.

Разработка технологического процесса на базе нанофазных композитных структур с металлическими наночастицами позволит разработать новое поколение материалов для стелс-технологии и модернизировать достаточно широкий круг радиоэлектронных устройств: аттенюаторы, эквивалентные нагрузки, фильтры мод и гармоник радиосигнала, обеспечить экологическую защиту биообъектов, а также решение задач помехозащищенности и формирования адаптивных характеристик радиоэлектронной аппаратуры, работающей в условиях сложной электромагнитной обстановки.

IV.                          Список литературы

[1]  губин С. П., Катаева Н. А., Колесов В. В.,

Солдатов Е. С., Трифонов А. С., Хомутов Г. Б.,

Шорохов В. В., Нанофазные материалы в электронике- вещества, технология, устройства, Нелинейный мир,

2005,       т. 3, № 1(2), сЮ-26.

[2]  С. П. Губин, Химия кластеров. Основы классификации и строения. М.: Наука, 1987, 263с.

[3]  И. Д Кособудский, Г. Ю. Юрков. Известия вузов, химия и химическая технология. 2000, 43, № 5, с.З.

Kolesov V. V., Petrova Ν. G., Fionov A. A. Institute of Radio Engineering and Electronics RAS 11/7, Mokhovaya Str, Moscow, 125009, Russia Ph.: (495) 2034716. e-mail: kvv@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 basic electrophysical characteristics of polythene-iron metal-polymeric nano-composites with content of iron nanoparticles up to 30 mass percents are investigated in various frequency ranges.

I.                                         Introduction

The development of nanostructured materials and nanotechnologies is one of highly developing and useful directions of the modern science and technology. For a long time the studies of nanoeffects were conducted on insulated nanoparticles with size more than 1 nm and clusters containing from two to several hundreds atoms and super-dispersed powders [1].

Production technology development of the new generation radio absorption materials with extended functional and consumer properties are rather important problem at present time.

II.                                        Main Part

The physical-chemical characteristics of the metal containing composite materials are determined by nature, concentration and sizes of nanoparticles are defined by condition of the syntheses undertaking.

In given work the samples of metal-polymeric nanocomposites were produced by the thermo destruction method of organic salts of metals in solution-melt polyethylene-oil. It is known that the metallic nanoparticles interact with polymeric matrix. Forming iron nanoparticles actuate the molecules of the polymer i. e. the interaction of arising metallic nanoparticles with links of the polymer occurs.

The strong interphase interaction between matrix and filler provides high homogeneity and toughness of the material. Observed trend to improve material characteristics at reduction of the sizes of the filler is explained by reduction of macroscopic defectiveness.

The studies of microwave characteristics were conducted in a waveguide tract at different frequencies. The results of the dielectric permeability measurements of samples with various mass filling for frequency range of the 20 – 50 GHz are shown on Fig. 1. The monotonous increasing of dielectric permeability values is conditioned by contribution to polarizations of metallic nanoparticles. The measurements have shown the increasing of absorbing abilities of nanostructured material with increasing density of nanoparticles in polymeric matrix (Fig. 2).

III.                                       Conclusion

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

The development of the technological process on the basis of nanocomposite structures with metallic nanoparticles will allow making the new generation of materials for stealth- technologies and modernization of many radioelectronic devices: attenuators, equivalent loads, filters of the modes and harmonicas of radio signal, to provide ecological protection of bio-objects, as well as solution of the noise-proof problems and to form the adaptive features of radio equipment working in condition of the complex electromagnetic situation.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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