Упруго-эластичные композитные материалы с полимерной матрицей на основе ультрадисперсного железа и полиэтилена

Ю.В. Кабиров, Е.Н. Сидоренко, Н.В. Пруцакова, М.В. Белокобыльский, А.О. Летовальцев, Е.В. Чебанова, Е.Б. Русакова показать трудоустройства и электронную почту
Получена 08 августа 2020; Принята 26 октября 2020;
Цитирование: Ю.В. Кабиров, Е.Н. Сидоренко, Н.В. Пруцакова, М.В. Белокобыльский, А.О. Летовальцев, Е.В. Чебанова, Е.Б. Русакова. Упруго-эластичные композитные материалы с полимерной матрицей на основе ультрадисперсного железа и полиэтилена. Письма о материалах. 2021. Т.11. №1. С.17-21
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-1-17-21

Аннотация

Полимерные композиты с концентрацией 20 масс. % полиэтилена и 80 масс. % железа проявляют несобственную пьезорезистивность порядка 30 % в области давлений 0 - 170 кПаВ нашей работе с целью создания многофункциональных материалов, имеющих отклики на внешнее механическое давление и магнитное поле, а также обладающих радиопоглощающими свойствами, синтезированы полимерные композиты на основе полиэтилена низкой плотности (LDPE) и ультрадисперсного железа (Fe). Синтез композитов проведен при температуре 170°C и давлении 50 МПа в присутствии углеводородов. Фазовый состав полученных образцов изучен методами рентгеновской дифракции и оптической микроскопии. Исследованы электрические, пьезорезистивные, магниторезистивные свойства образцов, а также их поглощательная способность электромагнитного поля в микроволновом диапазоне частот. Образцы вблизи порога перколяции 20 % LDPE / 80 % Fe массовых процентов показывают высокие значения несобственной пьезорезистивности, порядка 28 % при давлении 170 кПа, с некоторым гистерезисом и обладают туннельной магниторезистивностью со значением порядка 3 % в слабых полях до 4 кЭ. В исследованной области давлений 0 –170 кПа чувствительность образца 20 % LDPE / 80 % Fe достигает 94.1 мкОм/Па. Также образцы вблизи порога перколяции демонстрируют существенное поглощение СВЧ- энергии в диапазоне 3 –12 ГГц на уровне до 8 дБ. С помощью рентгеновской дифракции проведена оценка влияния на структурные изменения полиэтилена процессов синтеза — расплавления и кристаллизации в присутствии микрогранул железа. Показано, что после синтеза наблюдается увеличение среднего размера областей совершенства полиэтилена на 40 %, с 9 до 13 нм, и увеличение степени кристалличности с 55 % (до синтеза) до 67 % (после синтеза). Проведенная оценка пористости приготовленных композитов, играющая значительную роль в их упруго-эластичных свойствах, показала величину 40 % для образцов вблизи порога перколяции 20 % LDPE / 80 % Fe.

Ссылки (23)

1. M. H. G. Wichmann, S. T. Buschhorn, J. Gehrmann, K. Schulte. Phys. Rev. B. 80 (24), 245437 (2009). Crossref
2. Y. V. Kabirov, A. S. Bogatin, E. N. Sidorenko, M. V. Belokobylsky, A. S. Mikheykin, A. O. Letovaltsev, A. L. Bulanova, N. V. Prutsakova. Letters on Materials. 9 (2), 223 (2019). (in Russian) [Ю. В. Кабиров, А. С. Богатин, Е. Н. Сидоренко, М. В. Белокобыльский, А. С. Михейкин, А. О. Летовальцев, А. Л. Буланова, Н. В. Пруцакова. Письма о материалах. 9 (2), 223 (2019).]. Crossref
3. X.-W. Zhang, Y. Pan, Q. Zheng, X.-S. Yi. J. Polym. Sci. Part B. Polymer Physics. 38, 2739 (2000).%3C2739::AID-POLB40%3E3.0.CO;2-O. Crossref
4. X. Zhang, Z. Yao, Z. Ge, K. Yao, R. Tao, T. Yu, J. Han. Journal of Testing and Evaluation. 45 (1), 303 (2017). Crossref
5. I. A. Belyaeva, M. Shamonin, E. Y. Kramarenko. Polymer. 127, 119 (2017). Crossref
6. C. Bartolozzi, L. Natale, F. Nori, G. Metta. Nature Materials. 15 (9), 921 (2016). Crossref
7. G. V. Stepanov, D. A. Semerenko, A. V. Bakhtiiarov, P. A. Storozhenko. J. Supercond. Nov. Magn. 26, 1055 (2013). Crossref
8. I. Bica. J. Ind. Eng. Chem. 17 (1), 83 (2011). Crossref
9. M. Rusu, N. Sofian, D. Rusu, E. Neagu, R. Neagu. J. Polym. Eng. 21 (5), 469 (2001). Crossref
10. M. Tasdemir, H. O. Gulsoy. Intern. J. Polym. Mater. 57, 258 (2008). Crossref
11. A. Gungor. J. Appl. Polym. Sci. 99, 2438 (2006). Crossref
12. B. Jaffe, W. Cook, H. Jaffe. Piezoelectric ceramics. Moscow, Mir (1974) 288 p. (in Russian) [Б. Яффе, У. Кук, Г. Яффе. Пьезоэлектрическая керамика. Москва, Мир (1974) 288 с.].
13. D. Li, L. Zhou, H. Wang, L. He, X. Yang. Materials. 12, 1746 (2019). Crossref
14. S. Kirkpatrick. Rev. Mod. Phys. 45 (4), 574 (1973). Crossref
15. S. A. Gridnev, Yu. E. Kalinin, A. V. Sitnikov, O. V. Stogney. Nonlinear phenomena in nano - and microheterogeneous systems. Moscow, Binomial. Knowledge Laboratory (2012) 352 p. (in Russian) [С. А. Гриднев, Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, О. В. Стогней. Нелинейные явления в нано - и микрогетерогенных системах. Москва, Бином. Лаборатория знаний (2012) 352 с.].
16. Yu. V. Kabirov, V. G. Gavrilyathenko, A. S. Bogatin, T. I. Chupachina, T. V. Gavrilyatchenko. Phys. Solid State. 57 (1), 16 (2015). (in Russian) [Ю. В. Кабиров, В. Г. Гавриляченко, А. С. Богатин, Т. И. Чупахина, Т. В. Гавриляченко. ФТТ. 57 (1), 16 (2015).].
17. D. Zhang, R. Chung, A. B. Karki, F. Li, D. P. Young, Zh. Guo. J. Phys. Chem. C. 114, 212 (2010). Crossref
18. A. F. Latypova, Yu. E. Kalinin. Bulletin of Voronezh state technical University. 8 (6), 70 (2012). (in Russian) [А. Ф. Латыпова, Ю. Е. Калинин. Вестник Воронежского государственного технического университета. 8 (6), 70 (2012).].
19. V. A. Zhuravlev, V. I. Suslyaev, E. Yu Korovin, O. A. Dotsenko. Electronic scientific journal “Investigated in Russia”. 35, 404 (2010). (in Russian) [В. А. Журавлев, В. И. Сусляев, Е. Ю. Коровин, О. А. Доценко. Электронный научный журнал «Исследовано в России». 35, 404 (2010).].
20. E. N. Sidorenko, E. Privalov, A. A. Demchenko, Yu. V. Kabirov, E. V. Chebanova, I. I. Nathan. Conference Proceedings. 2019 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW 2019). Danvers, IEEE Xplore Digital Library (2019) p. 464.
21. D. N. Kondratyev, V. G. Zhuravsky. Nanoindustry. 4, 14 (2008). (in Russian) [Д. Н. Кондратьев, В. Г. Журавский. Наноиндустрия. 4, 14 (2008).].
22. A. N. Lagarkov, L. V. Panina, A. K. Sarychev. Zh. Eksp. Teor. Fiz. 93, 215 (1987).
23. O. G. Maksimova, A. V. Maksimov, A. I. Moiseeva. J. Adv. Diel. 6 (1), 1650004 (2016). Crossref

Другие статьи на эту тему