Исследование электромагнитных свойств композитов на основе углерода трубчатой структуры

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

 

где L - толщина зазора между пластинами, d - толщина тефлоновой прослойки, Х - толщина композита, ? - (1 - отношение толщины образца к толщине заполнения конденсатора), Снано - измеренная емкость композитов на основе углеродных нанотрубок, Стеф - измеренная емкость тефлоновой прослойки без образца.

Мнимая часть диэлектрической проницаемости рассчитывалась через тангенс угла потерь.

 

3. Результаты

 

Все измерения проводились в интервале частот от 6000 Hz до 101000 Hz. Реальная часть диэлектрической проницаемости в зависимости от частоты и концентрации представлены на рис. 13 и 14.

 

Рис. 13. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости для разной концентрации нанотрубок

 

Рис. 14. Зависимость диэлектрической проницаемости от концентрации нанотрубок на разных частотах.

 

На рисунках 15 и 16 представлена мнимая часть диэлектрической проницаемости в зависимости от частоты и концентрации нанотрубок.

 

Рис. 15. Частотная зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости для разной концентрации нанотрубок

 

Рис. 16. Зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости от концентрации нанотрубок на разных частотах

 

 

4. Обсуждение результатов

 

Относительная погрешность для реальной части диэлектрической проницаемости составляет 9%, для мнимой части 15%. Основной вклад в погрешность (7% и 13% соответственно) вносит точность измерения толщины композитов, которая определялась микрометром с погрешностью 0,01 мм. Многократные измерения одного и того же образца дали статистическую погрешность в 2%. Дело в том, что каждый раз образцы с прокладками принимают новое положение между пластинами, что вносит небольшие изменения в результаты. К тому же, композиты обладают неравномерной толщиной.

Проанализируем полученные зависимости. На рис. 13 видно, что реальная часть диэлектрической проницаемости не зависит от частоты в диапазоне от 6 kHz до 101 kHz. На рис. 14 представлен частотный срез от концентрации нанотрубок, из которого так же видно, что e не зависит от частоты. Но более важно то, что с увеличением концентрации эффективная диэлектрическая проницаемость линейно растет, что вполне соответствует представлениям о композитах, наполненных проводящими частицами. В книге [11] предлагается формула диэлектрической проницаемости композитов, наполненных проводящими частицами.

 

,

 

?0 - диэлектрическая проницаемость матрицы, ? - концентрация, N - коэффициент деполяризации, L - коэффициент Лоренца. Принимая за 0 поле Лоренца в образцах, можно вычислить коэффициент деполяризации. Для этого коэффициент при Х (коэффициент наклона) на рис. 14 приравнивается к коэффициенту при ? в формуле диэлектрической проницаемости. Коэффициент деполяризации оказывается равным 0,17, что соответствует эллипсоиду вращения с соотношением сторон 1-1-10. Т.е. можно предположить, что длина нанотрубок в 10 раз больше диаметра.

Анализируя рис. 15, можно сказать - в пределах точности эксперемента нельзя утверждать, что мнимая часть диэлектрической проницаемости зависит от частот в диапазоне от 6 kHz до 101 kHz. Интересная зависимость наблюдается на рис. 16, где представлен частотный срез. Мнимая часть возрастает с увеличением концентрации углеродных нанотрубок в композите, следовательно, растет поглощающая способность вещества. На двух процентах наблюдается стабильный максимум, что возможно связано с образованием многосвязных областей из проводящих нанотрубок.

 

 

Заключение

 

1.Смонтирована установка для измерения диэлектрической проницаемости пленочных материалов мостовым методом, проведены оценки погрешности измерений, связанных с геометрическими факторами и краевыми эффектами.

2.Проведены измерения диэлектрической проницаемости серии композитных образцов с углеродными нанотрубками в качестве наполнителя в диэлектрической матрице полиметилметакрилата в области концентраций (0-5%) в интервале частот от 6 до 101 кГц.

.Получено, что действительная часть диэлектрической проницаемости композита линейно зависит от содержания нанотрубок, практически не зависит от частоты в исследуемой области параметров и не зависит от условий синтеза нанотрубок. Коэффициент пропорциональности между диэлектрической проницаемостью и концентрацией указывает на то, что проводящие образования в композите имеют нитевидную форму.

.Мнимая часть диэлектрической проницаемости не зависит от частоты. Обнаружено, что в зависимости от концентрации имеется увеличение мнимой части диэлектрической проницаемости, связанное, по-видимому, с внутренним экранированием в композите. Показано, что композиты с большей концентрацией нанотрубок имеют более высокие значения электромагнитных потерь.

.Реальная часть диэлектрической проницаемости композитов на основе нанотрубок заметно больше диэлектрической проницаемости композитов на основе нанолукавиц. Поглощение электромагнитных волн в композитах из нанотрубок также больше, чем в композитах с нанолуковицами.

Конструкция установки в дальнейшем подвергнется усовершенствованию. Появится возможность снимать напряжение с образца, а с учетом полученных данных мнимой части диэлектрической проницаемости можно будет рассчитать мощность потерь на композите. Таким образом, удастся узнать очень важную характеристику материала, который предполагается использовать в качестве вещес?/p>