Исследование электромагнитных свойств композитов на основе углерода трубчатой структуры

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

ходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

В работе исследовались электрофизические свойства полимерных композитов на основе различных углеродных нанотрубок. Материалы, содержащие углеродные нанотрубки, демонстрируют значительное ослабление электромагнитного поля. Полимерные композиты обладают химической стойкостью, высокой прочностью и гибкостью и являются перспективными конструкционными и функциональными материалами.

 

1.5 Диэлектрическая проницаемость

 

Поляризация среды во внешнем электрическом поле изменяет это поле в самой среде. Мерой отличия поля в среде от поля в отсутствии среды является диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость является функцией термодинамического состояния вещества. Относительная диэлектрическая проницаемость вакуума принята за единицу. У большинства газов и паров она близка к единице, в то время как у ряда других веществ диэлектрическая проницаемость значительно больше единицы, а в отдельных случаях достигает даже нескольких тысяч.

Экспериментально величину диэлектрической проницаемости можно определить как отношение емкости конденсатора с диэлектриком из данного вещества к емкости конденсатора тех же размеров, но диэлектриком которого является вакуум: ? = C/Co, в пренебрежении краевыми эффектами конденсатора. Величина диэлектрической проницаемости для разных диэлектриков различна и в той или другой степени зависит от частоты тока и температуры.

1.6. Методы измерения диэлектрической проницаемости

За прошедший век человечество придумало не один способ измерения диэлектрической проницаемости веществ. В основном все методы основываются на измерении емкости конденсатора с веществом и без вещества, диэлектрическую проницаемость которого хотят померить. Ниже перечислены некоторые из них:

). Измерение емкости диэлектрической проницаемости при помощи баллистического гальванометра G.

 

Рис. 5. Схема измерения емкости и диэлектрической проницаемости при помощи баллистического гальванометра.

 

Стоит отметить, что это один из первых методов измерения емкости, которым в настоящее время почти не пользуются. Идея заключается, чтобы

). Измерение емкости С? и диэлектрической проницаемости ? резонансным методом.

 

Рис. 6. Схема измерения диэлектрической проницаемости резонансным методом.

 

Идея этого метода в подборе емкости для вывода схемы на резонансную частоту с генератором.

). Измерение диэлектрической проницаемости газов при помощи волноводных установок.

Рис. 7. Схема измерения диэлектрической проницаемости газов волноводным методом.

 

Существуют специальные приборы, позволяющие измерять импеданс - не только активную, но и реактивную составляющие сопротивления.

 

 

2. Методика эксперимента

 

.1 Синтез многослойных углеродных каталитических нанотрубок

 

Синтез и характеризация многослойных углеродных каталитических нанотрубок были осуществлены в группе к.х.н. В.Л. Кузнецова в Институте катализа СО РАН. Для получения нанотрубок с малым содержанием примеси аморфной фазы углерода и узким распределением нанотрубок по диаметрам был разработан новый метод синтеза, изложенный ниже [15].

Многослойные углеродные каталитические нанотрубки были получены методом термохимического разложения углеродсодержащего соединения на поверхности высокодисперсного металлического катализатора, диспергированного на носителе, в среде инертного газа при температурах ~ 1000 K (в англоязычной литературе - Cemical Vapor Deposition method, CVD-method) (рис. 8, 9). В качестве углеродсодержащего соединения в реакции синтеза участвовал ацетилен или этилен. Было выявлено, что его использование позволяет проводить селективный синтез многослойных углеродных нанотрубок при наиболее низких реакционных температурах. Металлическим катализатором являлся сплав железа и кобальта в соотношении 2Fe:1Co. Данный сплав является наиболее активной каталитической системой для синтеза многослойных углеродных нанотрубок. Носителями для катализатора являлись соединения CaCO3, MgO и Al2O3, что позволяло в дальнейшем проводить их растворение или, другими словами, выделение нанотрубок. Высокодисперсное состояние металлов на развитой поверхности носителя было реализовано методом одновременного осаждения соединений-предшественников каталитически активных компонентов и носителя из растворов нитратов. Весовое соотношение количества катализатора и носителя до синтеза составляло величину 5%. В качестве инертного газа-носителя использовали азот и аргон.

Одной из наиболее важных особенностей данного синтеза является отсутствие в синтезированных образцах аморфной фазы углерда. Согласно данным электронной микроскопии, исследуемые нанотрубки содержат менее 5 вес.% аморфизованных примесей углерода. После синтеза проводилась очистка нанотрубок от катализатора, что приводило к открытию концов трубок. Очистка проводилась кипячением в 10% растворе HCl в течение 6 - 12 часов, с последующим промыванием образца от кислоты дистиллированной водой и фильтрованием. Затем материал был высушен продувкой сухим воздухом.

Проведенные исследования сканирующей электронной микроскопией синтезированных вышеизложенным способом многослойных углеродных нанотрубок показали, что исследуемые обра?/p>