Исследование электромагнитных свойств композитов на основе углерода трубчатой структуры
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Исследование электромагнитных свойств композитов на основе углерода трубчатой структуры
Введение
год ознаменовался открытием фуллеренов и дальнейшей разработкой их получения в макроскопических масштабах. Как следствие, это послужило началу систематических изучений поверхностных структур углерода. История открытия углеродных нанотрубок тесно связана с детальным исследованием фуллеренов. Кретчмером, Хаффманом и др. [1] была создана технология получения фуллеренов в макроскопических количествах, основанной на термическом распылении графита в электрической дуге с графитовыми электродами в атмосфере гелия. Образующаяся в результате распыления графита сажа, которая осаждается на стенках газоразрядной камеры, содержит до 20% фуллеренов, основными компонентами которых являются обычно молекулы С60 и С70. В 1991 году японский исследователь Иджима [2] обнаружил, что наряду с молекулами, принадлежащими к семейству фуллеренов, в саже образуются протяженные тонкие графитовые нити. Измерения, выполненные с помощью электронного микроскопа, показали, что диаметр таких нитей не превышает нескольких нанометров, а длина от одного до несколько микрон. Сумев разрезать тонкую трубочку вдоль продольной оси, ученые обнаружили, что она состоит из одного или нескольких слоев, каждый из которых представляет собой гексагональную сетку графита, основу которой составляют шестиугольники с расположенными в вершинах углов атомов углерода. Во всех случаях расстояние между слоями равно 0.34 нм, т.е. такое же, как и между слоями в кристаллическом графите.
Дальнейшие исследования показали, что углеродные нанотрубки сочетают в себе свойства молекул и твердого тела и могут рассматриваться как промежуточные состояния вещества. Указанная особенность, представляющая значительный научный интерес, может быть положена в основу эффективного прикладного использования нанотрубок в различных областях науки и технологии. Наряду с этим, внимание ученых привлекла особенность поглощения электромагнитного излучения нанообъектами. Наноматериалы обладают большой поглощающей способностью электромагнитного излучения в различных диапазонах частот.
В настоящее время широко исследуются электрофизические свойства полимерных композитов на основе различных углеродных наноструктур: графитовых частиц, углеродных нанотрубок, углеродных нановолокон, наноалмазов. Полимерные композиты, обладающие химической стойкостью, высокой прочностью и гибкостью, являются перспективными конструкционными и функциональными материалами. Одним из направлений использования полимерных композитов является создание покрытий, отражающих или поглощающих электромагнитное излучение в широком частотном диапазоне. Материалы, содержащие углеродные нанотрубки, демонстрируют значительное ослабление электромагнитного поля в сравнении с другими углеродными наполнителями. Поэтому для исследования были выбраны композиты на основе углеродных нанотрубок.
На данный момент проделано множество работ, касающихся измерения диэлектрической проницаемости композитов в высоком диапазоне частот. На низких частотах работы почти не проводились.
В данной работе измерялась реальная и мнимая части диэлектрической проницаемости композитов на основе углеродных нанотрубок в пленке полиметилметакрилата. Получены зависимости диэлектрической проницаемости от частоты в диапазоне 6 kHz - 101 kHz и от концентрации нанотрубок. Как известно, мнимая часть диэлектрической проницаемости отвечает за мощность потерь (поглощение).
Дипломная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.
В первой главе изложена информация о некоторых физических и химических свойствах графита, однослойных и многослойных углеродных нанотрубок, композитах, методах измерения диэлектрической проницаемости веществ, опубликованных различными авторами.
Во второй главе описана методика эксперимента.
В третьей главе приведены результаты исследования композитов на основе углеродных нанотрубок. Представлены зависимости реальной и мнимой части диэлектрической проницаемости композитов от частот и от концентраций нанотрубок.
В четвертой главе приведен анализ результатов эксперимента.
В пятой главе содержится заключение дипломной работы.
графит кристаллический углеродный трубка
1. Литературный обзор
.1 Графит
Для понимания электрофизических свойств многослойных углеродных нанотрубок рассмотрим вначале сведения о структурных параметрах и электронных свойствах графита.
Графит - минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура кристаллической решетки графита показана на рис. 1. Кристаллы графита построены из параллельных друг другу плоскостей, в которых расположены атомы углерода по углам правильных шестиугольников. Расстояние между соседними атомами углерода (сторона каждого шестиугольника) 143 пм, между соседними плоскостями 335 пм. Каждая промежуточная плоскость несколько смещена по отношению к соседним плоскостям, как это видно на рисунке. Каждый атом углерода в атомной решетке графита связан с тремя соседними атомами углерода, тремя sp2-sp2 общими электронными парами, расположенными в соответствии с sp2 - гибридизацией, под углами в 120 град, т.е. каж?/p>