XII « МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК»

XII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
«ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК»
278
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ
ГЕКСАГОНАЛЬНОГО ФЕРРИТА С ДОБАВЛЕНИЕМ МНОГОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ
НАНОТРУБОК В НИЗКОЧАСТОТНОМ ДИАПАЗОНЕ
К.О. Фролов
Научный руководитель: доцент, к. ф.- м. н. О.А. Доценко
Томский государственный университет,
Россия, г. Томск, пр. Ленина, 36, 634050
E-mail: keap94@mail.ru
ELECTROMAGNETIC CHARACTERISTICS OF COMPOSITES WITH HEXAGONAL
FERRITE AND MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES AT LOW FREQUENCIES RANGE
K.O. Frolov
Scientific Supervisor: Associate professor, candidate of science O.A. Dotsenko
Tomsk State University, Russia, Tomsk, Lenin str., 36, 634050
E-mail: keap94@mail.ru
Annotation. This paper focuses on the results of electromagnetics characteristics measurements of composite
with ferrite powders and multi-walled carbon nanotubes. Complex values of permittivity and permeability were
measured at low radio frequencies. The increase of permittivity was found. It is show, that permittivity of
composites based on MWCN has frequency dependence.
Повсеместное применение устройств, использующих или создающих электромагнитное излучение
(ЭМИ) требует решения возникающих в связи с этим проблем, таких как защита биологических объектов
от его вредного воздействия, подавление помех средствам связи, обеспечение электромагнитной
совместимости радиоэлектронной аппаратуры, предотвращение утечек информации по радиоканалу и
т.п. В зависимости от решаемых задач возможно использование либо покрытий, отражающих излучение
(электромагнитная
экранировка),
либо
материалов,
поглощающих
энергию
ЭМИ,
т.е.
радиопоглощающих материалов (РПМ) и покрытий (РПП). В ряде случаев эффективным оказывается
применение обоих способов защиты. Поскольку способность материала поглощать высоко- или
низкочастотное излучение зависит от его состава и структуры, то каждый материал характеризуется
наилучшим уровнем поглощения лишь на определенных частотах, вследствие чего одной из проблем,
возникающих в процессе разработки РПМ, является сложность достижения их широкополосности. [1]
Одним из видов материалов, которые позволяют решить данные проблемы, являются ферриты.
Данные материалы относятся к неметаллическим магнитным материалам. Они представляют собой
соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов. Ферриты используются в качестве
магнитных материалов в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике [2]. В отличие
от других РПМ, ферриты обладают довольно широкой полосой поглощения. Ферритовые материалы
используются в низкочастотном диапазоне от сотен кГц до десятков ГГц. Причем в диапазоне частот от
десятков до сотен МГц других типов РПМ с аналогичными свойствами нет.
Россия, Томск, 21-24 апреля 2015 г.
ФИЗИКА
XII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
«ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК»
279
Углеродные нанотрубки (УНТ) – это тот материал, который со своими необычными свойствами
можно использовать в качестве наполнителей в современных многофункциональных композиционных
материалах [3]. Благодаря своему малому весу, превосходным температурным, механическим и
электрическим свойствам УНС можно использовать для решения разнообразных задач, возникающих
при приеме и передаче ЭМИ.
Наиболее перспективным направлением развития для решения названных проблем является создание
композитных материалов (КМ), которые бы позволили расширить функциональные свойства
радиопоглотителей.
Цель данной работы – измерение частотных зависимостей диэлектрической и магнитной
проницаемостей композитов на основе порошка феррита с добавлением МУНТ.
В данной работе проводилось исследование композиционного материала на основе порошка феррита
с гексагональной структурой и многостенных углеродных нанотрубок. Исходными материалами при
изготовлении экспериментальных образцов являлись: феррит Ba3Co2,4Ti0,4Fe23,2O41 с плоскостью
легкого намагничивания, полученный по стандартной керамической технологии и МУНТ, полученные
осаждением этилена в присутствии катализатора FeCo/Al2O3, произведенные Институтом катализа СО
РАН, г. Новосибирск. Размеры частиц наполнителей были следующие: феррит – не более 80 мкм,
диаметр МУНТ равен 9,4 нм. В качестве связующего был выбран эпоксидный клей универсальный
марки ЭДП-20.
Экспериментальные образцы изготовлялись следующим образом: предварительно высушенный
порошок ферритовой керамики, МУНТ и эпоксидный клей в массовых пропорциях, приведенных в
Таблице 1, взвешивались на весах Shimadzu AUX – 320 (погрешность ±0,5 мг). После этого составные
части композита помещались в емкость и тщательно перемешивались в течение 15 минут до
однородного состояния. Полученные смеси помещались в четыре идентичные формы. Две формы
оставлялись для полимеризации без внешнего магнитного поля, остальные – помещалась в постоянное
магнитное поле величиной 1 кЭ в центр установки для текстурования магнитных полимерных
материалов. Образец находился во внешнем магнитном поле в течение 5 часов при комнатной
температуре.
Таблица 1
Описание экспериментальных образцов
№
Кодировка образца
Массовая пропорция
Воздействие внешнего магнитного поля
1
ТФ+ЭДП
66:34
Не текстурованный
2
ТФ+МУНТ+ЭДП
65:1:34
Не текстурованный
3
ТФ+ЭДП
66:34
Текстурованный
4
ТФ+МУНТ+ЭДП
65:1:34
Текстурованный
Измерение экспериментальных образцов проводилось с помощью универсального измерителя LCR
Agilent E4980A. Результаты измерений приведены на рисунках 1 и 2. Экспериментальные кривые с
незакрашенными точками соответствуют композитам, не подвергавшемуся воздействию внешнего
магнитного поля, а закрашенные – образцам, подвергшимся воздействию поля. Сравнение полученных
результатов для образцов №1 и №3 показало (рисунок 2), что воздействие внешнего магнитного поля в
процессе полимеризации образцов привело к изменению усредненных значений комплексной магнитной
проницаемости в измеренном диапазоне частот, до следующих величин: от µ´≈2,67 отн. ед. до µ´≈4,03
отн. ед. для действительной части и от µ˝≈0,16 отн.ед. до µ˝≈0,0706 отн.ед. – для мнимой части. Для
Россия, Томск, 21-24 апреля 2015 г.
ФИЗИКА
XII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
«ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК»
280
образцов №2 и №4 (Таблица 1): от µ´≈2,39 отн. ед. до µ´≈3,79 отн. ед. для действительной части и от
µ˝≈0,084 отн.ед. до µ˝≈0,04 отн.ед. для мнимой части.
Рис 1. Частотная зависимость
диэлектрической проницаемости образцов
Рис 2. Частотная зависимость магнитной
проницаемости образцов
Из измерений видно, что в исследуемом частотном диапазоне материал не имеет области дисперсии
магнитной проницаемости. Добавление МУНТ привело к уменьшению на 37% действительной части
магнитной проницаемости у текстурованных образцов, и на 11% – у не текстурованных образцов, при
этом потери уменьшились в 1,9 раза.
Таким образом, в результате проведенного исследования показано, что добавление МУНТ и
воздействие внешнего магнитного поля во время полимеризации приводит к увеличению значения
диэлектрической и магнитной проницаемости, а так же к уменьшению потерь в образцах. В дальнейшем
планируется изучение влияния добавления МУНТ и магнитной обработки на комплексные значения
диэлектрической и магнитной проницаемости композитов в СВЧ диапазоне.
Исследование
электромагнитных
параметров
проводилось
на
поверенном
оборудовании
аккредитованного на техническую компетентность центра коллективного пользования Национального
исследовательского Томского государственного университета «Центр радиофизических измерений,
диагностики и исследования параметров природных и искусственных материалов».
Благодарим профессора Томского государственного университета Е.П. Найдена и доцента Томского
государственного университета В.А. Журавлева за ценные советы и помощь в работе.
Работа выполнена в рамках Программы повышения конкурентоспособности Национального
исследовательского Томского государственного университета
1.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Радиопоглощающие свойства ферритов и магнитодиэлектрических композитов на их основе
[Электронный ресурс] - режим доступа:
http://www.misis.ru/Portals/0/Avtoreferat/2014/Morchenko
_A.T.pdf - 28.01.15
2.
Применение магнитомягких материалов [Электронный ресурс] - режим доступа: http://www.amtc.ru/
publications/articles/2095/- 05.02.15
3.
Кочеткова О.А., Леухина А.Е., Доценко О.А. Микроволновые электрофизические характеристики
композитов на основе
многостенных углеродных нанотрубок // Современные проблемы
радиоэлектроники: сб. науч. трудов. – Красноярск, Сиб. федер. ун-т, 2011. С. 398 – 401.
Россия, Томск, 21-24 апреля 2015 г.
ФИЗИКА