Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0006

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0006
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Название доклада
Разработка нового поколения ультра-легких/тонких проводящих материалов на основе графена и наноразмерных форм углерода для микроволновых и ТГц устройств
Докладчик
Максименко Сергей Афанасьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Получение значимых научных результатов в области использования нового поколения ультралегких (пены и аэрогели) и ультратонких (графен, нанометровые пленки пиролитического углерода, сэндвичи полимер/графен, пленки углеродных нанотрубок) проводящих материалов для микроволновых и ТГц устройств.
Актуальность и новизна исследования
Последние тенденции, технологии и широкое использование сантиметрового, млилиметрового и субмиллиметрового частотного диапазонов в беспроводных технологиях, сотовых телефонах, радарах, приборах для регистрации скорости автомобиля и т.д. стимулируют поиск новых материалов с предсказуемыми и контролируемыми свойствами (механическими, тепловыми и т.д.), обеспечивающими высокую электропроводность и эффективность экранирования от электромагнитных помех.
Структуры на основе наноразмерных форм углерода по мере развития методов их синтеза делаются все более доступными и привлекательными с экономической точки зрения. Электромагнитные, механические и тепловые свойства углеродных наноматериалов и композитов на их основе могут целенаправленно изменяться за счет изменения условий синтеза, допирования, химического модифицирования, что может позволить существенным образом снизить толщину разрабатываемых покрытий, улучшить их прочностные и тепловые свойства при сохранении высокой электромагнитной эффективности.
Описание исследования
  • Проведение экспериментальных исследований электромагнитных свойств ультралегких проводящих материалов экспериментальных образцов углеродных пен, аэрогелей и мезогелей методами диэлектрической спектроскопии в радиочастотном диапазоне (20 Гц – 1 МГц), а также в микроволновом (26 ГГц – 37 ГГц) и в терагерцовом (0.2 - 3 ТГц) диапазонах частот.
  • Установление взаимосвязи между ЭМ свойствами исследуемых образцов и их структурой (размером и формой пор, открытой/закрытой пористостью, плотностью и толщиной скелета).
  • Разработка методов и алгоритмов расчета наблюдаемых параметров взаимодействия электромагнитного излучения с углеродными пенами, мезо- и аэрогелями, как со случайно-неоднородными средами.
  • Разработка теоретической модели электромагнитного отклика, с учетом размера и несферичности пор.
  • Проведение экспериментальной проверки механизмов, ответственных за перенос заряда в углеродных пенах.
  • Проведение анализа спектральных особенностей дисперсии и поглощения, анизотропия характеристик в различных частотных диапазонах, в том числе в квазистатическом режиме, а также установление взаимосвязи между ЭМ свойствами исследуемых образцов и их структурой.
  • Разработка лабораторного регламента получения ультралегких проводящих материалов.
  • Исследование применимости существующих моделей (симметричная и асимметричная модель Бругемана и т.д.) для диэлектрической проницаемости композитных сред для описания коэффициентов прохождения и отражения от образцов, состоящих из пористых пен.
  •  Изучение эффекта зависимости электромагнитного поглощения от пористости и определение оптимальных  значений объемной пористости для достижения максимального удельного поглощения.
  • Исследование зависимости поглощения от частоты излучения.
  • Разработка модели для вычисления диэлектрической проницаемости композита с учетом вихревых полей, применимая для пен.
  • Разработка модели, описывающей прохождение волн в пенах с учетом статистического распределения по геометрическим формам и размерам пор, а также для случая упорядоченных пор. 
Результаты исследования

Созданы тонкие графеновые пленки, сэндвич структуры графен/полимер, пленки пиролитического углерода конторлируемой толщины. Разработан метод расчета прохождения электромагнитного излучения через одно, двух- и многослойные графеновые структуры, который дает возможность корректно описать взаимодействие излучения со слоистыми графеновыми структурами. Для решения конкретных задач из этой системы в длинноволновом приближении выведены эффективные граничные условия. Самосогласованная система с эффективными граничными условиями использована для описания прохождения излучения через слоистую графеновую структуру. Разработан метод получения параметров графена путем сравнения экспериментальных и теоретических данных, полученных в ходе выполнения работ.  

Созданы тонкие пленки из одностенных, двустенных и многостенных УНТ определенных длин. Разработан метод расчета и алгоритм программы определения эффективной диэлектрической проницаемости тонких пленок из углеродных нанотрубок, с учетом межтрубочного туннелирования, а также  способы получения тонких пленок с различными проводимостями контактов между трубками и методы определения частоты туннелирования электронов, что ляжет в основу технических требований и предложений по разработке «умных» электромагнитных материалов.

Созданные пористые структуры:

углеродные пены (плотность 0.025 - 0.3 г/см3, размер пор 100-500 микрон): действительная часть диэлектрической проницаемости на 129 Гц не менее 105; на 30 ГГц не менее 10; S21 параметр достигает в диапазоне частот 26-37 ГГц 15-17 дБ для наиболее плотной структуры и 10-12 дБ для наименее плотной; в ТГц области частот прохождение для пены толщиной 2 мм не более 10% падающего сигнала; действительная часть диэлектрической проницаемости на 1 ТГц не менее 4.

 мезо- и аэрогели (плотность 0.04 - 0.15 г/см3, размер пор 1-50 микрон): действительная часть диэлектрической проницаемости на 129 Гц не менее 105; на 30 ГГц не менее 10; S21 параметр достигает в диапазоне частот 26-37 ГГц 15-17 дБ для наиболее плотной структуры и 10-12 дБ для наименее плотной; в ТГц области частот прохождение для пены толщиной 2мм не более 10% падающего сигнала, действительная часть диэлектрической проницаемости на 1 ТГц не менее 4.

Практическая значимость исследования
Благодаря своим уникальным свойствам – легкость, высокая электропроводность, химическая инертность, – сочетающимся с низкой стоимостью, углеродные пены в последнее время вызывают особый интерес. Эти материалы уже применяются для улучшения работы многих систем, среди которых системы теплоотвода, контроля акустических и электромагнитных импульсов, системы с фазированной антенной решеткой и т.д. Так, в работах была показана возможность применения углеродных пен в качестве материалов, обладающих высоким коэффициентом отражения микроволнового сигнала, что, прежде всего, связанно с их высокой электрической проводимостью при чрезвычайно низкой объемной плотности.
Постер

00061.ppt