В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 28 ноября 2014 г. № 14.577.21.0141 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014- 2020 годы» по теме: «Разработка эффективных функциональных материалов для ЭМ устройств на базе гибридных полимерных композитов с наноуглеродными включениями» на этапе № 1 в период с 28.11.2014г. по 31.12.2014г. выполнялись следующие работы:

1. Аналитический обзор информационных источников.

2. Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.

3. Исследование вариантов возможных решений задачи и проведение их сравнительной оценки. Обоснование выбора оптимального варианта решения задачи.

4. Разработка теории, описывающей формирование электромагнитного отклика многостеночных нанотрубок как конечной так и бесконечной длины в терагерцовой области частот. Разработка методов и алгоритмов расчета электромагнитного отклика многостеночных  нанотрубок как конечной, так и бесконечной длины в терагерцовой области частот.

5. Создание экспериментальных образцов полимерных композитных материалов с низкими концентрациями наноуглеродных включений (0.25 – 1.5 масс.%) на основе эпоксидной смолы и проведение исследований их диэлектрических и электромагнитных свойств в микроволновом частотном диапазоне (26-37 ГГц), в низкочастотной области (20Гц – 1 МГц).

В результате проведенной на данном этапе работы составлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.

Для расчета поляризуемости МУНТ конечной длины ставилась краевая электродинамическая задача, которая решалась методом интегральных уравнений. Многослойная нанотрубка моделировалась коаксиальным цилиндром конечной длины. На поверхности каждого слоя ставились эффективные граничные условия. Пренебрегая туннелированием электронов между слоями МУНТ проводимость слоев рассчитывалась из квантово-механического рассмотрения движения электронов как для одностеночных нанотрубок тех же геометрических размеров.

Электромагнитный отклик многостенных нанотрубок конечной длины был теоретически изучен в терагерцовом и суб-терагерцовом частотном диапазоне. Показано, что в терагерцовом диапазоне имеется пик в спектре поляризуемости МУНТ, частота которого определяется длиной и диаметром нантрубки. В зависимости от частоты МУНТ взаимодействует с излучением в квазистатическом, динамическом и промежуточном режимах. На низких частотах сильное деполяризующее поле порождает эффект экранировки: глубина проникновения аксиальной компоненты падающего поля зависит от длины, частоты и времени релаксации электронов.

Рассмотрены зависимости спектров эффективной проницаемости композитных материалов на основе МУНТ от их диаметра и длины. Показано, что для достижения максимальной экранировки излучения требуется в качестве включений в композит выбирать МУНТ как можно большей длины и меньшего радиуса. Кроме того, на высоких терагерцовых частотах эффективнее использование трубок, прошедших термическую обработку (отжиг).

Созданы экспериментальные образцы полимерных композитных материалов с низкими концентрациями наноуглеродных включений (0.25 – 2.0 масс.%) на основе эпоксидной смолы и проведение исследований их диэлектрических и электромагнитных свойств в микроволновом частотном диапазоне (26-37 ГГц), в низкочастотной области (20Гц – 1 МГц).

Все исследованные композиты могут быть интересны в приложениях, не требующих высокой проводимости на постоянном токе, например, антистатические и электростатические приложения. Из исследованных композитов, композит с частицами терморасширенного графита является единственным, подходящим для изготовления электромагнитных экранов. Более того, EG демонстрирует относительно низкий порог перколяции на постоянном токе, лежащий в диапазоне 1 и 1,5 масс. %. Все другие графитовые наполнители, как естественные, так и искусственные, имеют порог перколяции значительно превышающий 2 масс. %.

При низких температурах (ниже температуры стеклования чистой полимерной матрицы) электрическая проводимость композитов на основе EG с концентрацией частиц наполнителя ниже порога перколяции определяется преимущественно туннелированием между частицами графита. Такое туннелирование характеризуется очень низким потенциальным барьером в сравнении с тем, что было заявлено в литературе для значительно более высоких концентраций в композитах с углеродными нанотрубками и аморфным углеродом.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 28 ноября 2014 г. № 14.577.21.0141 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014- 2020 годы» по теме: «Разработка эффективных функциональных материалов для ЭМ устройств на базе гибридных полимерных композитов с наноуглеродными включениями» на этапе № 1 в период с 28.11.2014г. по 31.12.2014г. выполнялись следующие работы:

1. Аналитический обзор информационных источников.

2. Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.

3. Исследование вариантов возможных решений задачи и проведение их сравнительной оценки. Обоснование выбора оптимального варианта решения задачи.

4. Разработка теории, описывающей формирование электромагнитного отклика многостеночных нанотрубок как конечной так и бесконечной длины в терагерцовой области частот. Разработка методов и алгоритмов расчета электромагнитного отклика многостеночных  нанотрубок как конечной, так и бесконечной длины в терагерцовой области частот.

5. Создание экспериментальных образцов полимерных композитных материалов с низкими концентрациями наноуглеродных включений (0.25 – 1.5 масс.%) на основе эпоксидной смолы и проведение исследований их диэлектрических и электромагнитных свойств в микроволновом частотном диапазоне (26-37 ГГц), в низкочастотной области (20Гц – 1 МГц).

В результате проведенной на данном этапе работы составлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.

Для расчета поляризуемости МУНТ конечной длины ставилась краевая электродинамическая задача, которая решалась методом интегральных уравнений. Многослойная нанотрубка моделировалась коаксиальным цилиндром конечной длины. На поверхности каждого слоя ставились эффективные граничные условия. Пренебрегая туннелированием электронов между слоями МУНТ проводимость слоев рассчитывалась из квантово-механического рассмотрения движения электронов как для одностеночных нанотрубок тех же геометрических размеров.

Электромагнитный отклик многостенных нанотрубок конечной длины был теоретически изучен в терагерцовом и суб-терагерцовом частотном диапазоне. Показано, что в терагерцовом диапазоне имеется пик в спектре поляризуемости МУНТ, частота которого определяется длиной и диаметром нантрубки. В зависимости от частоты МУНТ взаимодействует с излучением в квазистатическом, динамическом и промежуточном режимах. На низких частотах сильное деполяризующее поле порождает эффект экранировки: глубина проникновения аксиальной компоненты падающего поля зависит от длины, частоты и времени релаксации электронов.

Рассмотрены зависимости спектров эффективной проницаемости композитных материалов на основе МУНТ от их диаметра и длины. Показано, что для достижения максимальной экранировки излучения требуется в качестве включений в композит выбирать МУНТ как можно большей длины и меньшего радиуса. Кроме того, на высоких терагерцовых частотах эффективнее использование трубок, прошедших термическую обработку (отжиг).

Созданы экспериментальные образцы полимерных композитных материалов с низкими концентрациями наноуглеродных включений (0.25 – 2.0 масс.%) на основе эпоксидной смолы и проведение исследований их диэлектрических и электромагнитных свойств в микроволновом частотном диапазоне (26-37 ГГц), в низкочастотной области (20Гц – 1 МГц).

Все исследованные композиты могут быть интересны в приложениях, не требующих высокой проводимости на постоянном токе, например, антистатические и электростатические приложения. Из исследованных композитов, композит с частицами терморасширенного графита является единственным, подходящим для изготовления электромагнитных экранов. Более того, EG демонстрирует относительно низкий порог перколяции на постоянном токе, лежащий в диапазоне 1 и 1,5 масс. %. Все другие графитовые наполнители, как естественные, так и искусственные, имеют порог перколяции значительно превышающий 2 масс. %.

При низких температурах (ниже температуры стеклования чистой полимерной матрицы) электрическая проводимость композитов на основе EG с концентрацией частиц наполнителя ниже порога перколяции определяется преимущественно туннелированием между частицами графита. Такое туннелирование характеризуется очень низким потенциальным барьером в сравнении с тем, что было заявлено в литературе для значительно более высоких концентраций в композитах с углеродными нанотрубками и аморфным углеродом.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

ДОГОВОР о софинансировании и дальнейшем использовании результатов прикладных научных исследований и экспериментальных разработок

СОГЛАШЕНИЕ № 14.577.21.0141 О ПРЕДОСТАВЛЕНИИ СУБСИДИИ

Выписка из протокола заседания научно-технического совета ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» № 4 от 21.07.2015 г.

Выписка из протокола заседания научно-технического совета ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» № 4 от 21.07.2015 г. PDF