Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн

Представлены результаты экспериментальных исследований взаимодействия электромагнитного излучения (ЭМИ) с массивом вертикально ориентированных многослойных углеродных нанотрубок (УНТ), заполненных Fe3С, и с эпоксидным композитом с изотропно распределёнными в нем диспергированными фрагментами массива...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:	2011
Main Authors:	Вовченко, Л.Л., Мацуй, Л.Ю., Олейник, В.В., Лаунец, В.Л., Загородний, В.В., Ле Норманд, Ф.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75148
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн / Л.Л. Вовченко, Л.Ю. Мацуй, В.В. Олейник, В.Л. Лаунец, В.В. Загородний, Ф. Ле Норманд // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 759-769. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859880674891137024
author	Вовченко, Л.Л. Мацуй, Л.Ю. Олейник, В.В. Лаунец, В.Л. Загородний, В.В. Ле Норманд, Ф.
author_facet	Вовченко, Л.Л. Мацуй, Л.Ю. Олейник, В.В. Лаунец, В.Л. Загородний, В.В. Ле Норманд, Ф.
citation_txt	Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн / Л.Л. Вовченко, Л.Ю. Мацуй, В.В. Олейник, В.Л. Лаунец, В.В. Загородний, Ф. Ле Норманд // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 759-769. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	Представлены результаты экспериментальных исследований взаимодействия электромагнитного излучения (ЭМИ) с массивом вертикально ориентированных многослойных углеродных нанотрубок (УНТ), заполненных Fe3С, и с эпоксидным композитом с изотропно распределёнными в нем диспергированными фрагментами массива УНТ. В диапазоне частот от 53,5 до 78,3 ГГц измерены эффективность экранирования ЭМИ и обратные потери образцов в прямоугольном волноводе. При ортогональной ориентации осей нанотрубок в массиве относительно вектора электрического поля волны обнаружено резонансное поглощение ЭМИ. Аналогичные пики поглощения наблюдались и для эпоксидного композита. Обнаружено, что величина ослабления электромагнитного излучения массивом УНТ достаточно высока и изменяется в пределах от 25 до 38 дБ (при толщине образца 1 мм) в зависимости от взаимной ориентации вектора электрического поля волны и осей углеродных нанотрубок. Представлено результати експериментальних досліджень взаємодії електромагнетного випромінення (ЕМВ) з масивом вертикально орієнтованих багатостінних вуглецевих нанорурок (ВНР), заповнених Fe3С, та з епоксидним композитом із ізотропно розподіленими в ньому дисперґованими фраґментами масиву ВНР. У діяпазоні частот від 53,5 до 78,3 ГГц вимірювали ефективність екранування ЕМВ та зворотні втрати для зразків у прямокутньому хвилеводі. При ортогональній орієнтації осей нанорурок у масиві відносно вектора електричного поля хвилі спостерігалося резонансне вбирання ЕМВ. Аналогічні піки вбирання спостерігалися і для епоксидного композита. Знайдено, що величина ослабнення електромагнетного випромінення масивом ВНР досить висока і змінюється в межах від 25 до 38 дБ (при товщині зразка у 1 мм) залежно від взаємної орієнтації вектора електричного поля хвилі і осей вуглецевих нанорурок. Experimental study of interaction of electromagnetic radiation (EMR) with vertically oriented multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) filled with Fe3С and epoxy composite with randomly distributed fragments of MWCNT array is carried out. The shielding efficiency and the return loss are measured in the rectangular waveguide for the frequency range from 53.5 to 78.3 GHz. The resonant absorption of millimetre waves is revealed at the orthogonal CNT orientation with respect to the EMR electric field within the waveguide. Similar absorption peaks are observed for the epoxy composite. As found, the electromagnetic shielding efficiency varies from 25 to 38 dB (at specimen thickness of 1 mm) depending on the MWCNT orientation with respect to the EMR electric field.
first_indexed	2025-12-07T15:52:17Z
format	Article
fulltext	759 PACS numbers:07.57.Kp, 61.48.De,68.37.Hk,72.80.Tm,78.40.Ri,84.40.-x, 85.35.Kt Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн Л. Л. Вовченко, Л. Ю. Мацуй, В. В. Олейник, В. Л. Лаунец, В. В. Загородний, Ф. Ле Норманд* Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, ул. Владимирская, 60, 01601 Киев, Украина *Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2, France Представлены результаты экспериментальных исследований взаимодей- ствия электромагнитного излучения (ЭМИ) с массивом вертикально ори- ентированных многослойных углеродных нанотрубок (УНТ), заполнен- ных Fe3С, и с эпоксидным композитом с изотропно распределёнными в нем диспергированными фрагментами массива УНТ. В диапазоне частот от 53,5 до 78,3 ГГц измерены эффективность экранирования ЭМИ и об- ратные потери образцов в прямоугольном волноводе. При ортогональной ориентации осей нанотрубок в массиве относительно вектора электриче- ского поля волны обнаружено резонансное поглощение ЭМИ. Аналогич- ные пики поглощения наблюдались и для эпоксидного композита. Обна- ружено, что величина ослабления электромагнитного излучения масси- вом УНТ достаточно высока и изменяется в пределах от 25 до 38 дБ (при толщине образца 1 мм) в зависимости от взаимной ориентации вектора электрического поля волны и осей углеродных нанотрубок. Представлено результати експериментальних досліджень взаємодії елек- тромагнетного випромінення (ЕМВ) з масивом вертикально орієнтованих багатостінних вуглецевих нанорурок (ВНР), заповнених Fe3С, та з епок- сидним композитом із ізотропно розподіленими в ньому дисперґованими фраґментами масиву ВНР. У діяпазоні частот від 53,5 до 78,3 ГГц вимі- рювали ефективність екранування ЕМВ та зворотні втрати для зразків у прямокутньому хвилеводі. При ортогональній орієнтації осей нанорурок у масиві відносно вектора електричного поля хвилі спостерігалося резо- нансне вбирання ЕМВ. Аналогічні піки вбирання спостерігалися і для епоксидного композита. Знайдено, що величина ослабнення електромаг- нетного випромінення масивом ВНР досить висока і змінюється в межах Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 4, сс. 759—769 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 760 Л. Л. ВОВЧЕНКО, Л. Ю. МАЦУЙ, В. В. ОЛЕЙНИК и др. від 25 до 38 дБ (при товщині зразка у 1 мм) залежно від взаємної орієнта- ції вектора електричного поля хвилі і осей вуглецевих нанорурок. Experimental study of interaction of electromagnetic radiation (EMR) with vertically oriented multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) filled with Fe3С and epoxy composite with randomly distributed fragments of MWCNT array is carried out. The shielding efficiency and the return loss are measured in the rectangular waveguide for the frequency range from 53.5 to 78.3 GHz. The resonant absorption of millimetre waves is revealed at the orthogonal CNT orientation with respect to the EMR electric field within the waveguide. Similar absorption peaks are observed for the epoxy composite. As found, the electromagnetic shielding efficiency varies from 25 to 38 dB (at specimen thickness of 1 mm) depending on the MWCNT orientation with respect to the EMR electric field. Ключевые слова: многослойные углеродные нанотрубки, электромагнит- ное излучение, электромагнитное экранирование, обратные потери. (Получено 17 ноября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ В связи с развитием и стремительной информатизацией общества возникает необходимость использования прогрессивных технологий обработки и обмена информацией. Эти технологии широко исполь- зуют спутниковые и сотовые системы связи, Интернет, бытовую ра- диоаппаратуру. Значительная часть передатчиков этих систем рабо- тают в сверхвысокочастотном диапазоне. Это приводит к возраста- нию в окружающей среде уровня микроволнового излучения и со- зданию существенных помех для работы других приемных систем, а также к нарушению санитарных норм плотности потока излучения для населения, т.е. к «электромагнитному загрязнению окружаю- щей среды». В связи с этим возрастает интерес к разработке матери- алов, экранирующих ЭМИ. В последнее время активно разрабаты- ваются композиты, в которых используются нанокарбоновые мате- риалы, такие как нановолокна, углеродные нанотрубки (УНТ), нанонитки [1—4], углеродные аэрогели [5], углеродные наноленточ- ные системы [6], луковичные углероды [7]. Такие наноразмерные наполнители имеют ряд преимуществ над традиционными углерод- ными материалами (углеродные волокна, сажа и т.д.) с точки зрения структурных и электрических свойств. Важную роль в создаваемых материалах для поглощения и экранирования электромагнитного излучения [8, 9] играют структуры на основе углерода, благодаря их низкому удельному весу и соответствующим электронным свой- ствам. УНТ, например, характеризуются высокими значениями удельной поверхности и аспектного отношения размеров частиц (as- pect ratio l/d ≅ 1000), они сильно анизотропны, и их характеристики ХАРАКТЕР ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК С ИЗЛУЧЕНИЕМ 761 (включая и электродинамические) отличаются в продольном и попе- речном направлении УНТ. В литературе встречается достаточно ограниченное число данных о свойствах массивов вертикально ори- ентированных УНТ [10, 11]. Перспективными с точки зрения харак- теристик экранирования и поглощения ЭМИ являются полимерные композитные материалы (КМ), наполненные углеродными нано- трубками. Эти материалы имеют достаточно высокую электропро- водность при небольшом содержании УНТ (низкие пороги перколя- ции), при этом сохраняются технологичные характеристики поли- мерной матрицы (эластичность, легкость, экологичность и т.д.). Кроме того, можно управлять пространственным распределением УНТ в матрице полимера и, тем самым, регулировать электродина- мические характеристики КМ, которые зависят от ориентации УНТ по отношению к направлению распространения ЭМИ. В данной работе исследованы характеристики экранирования ЭМИ массивом вертикально ориентированных УНТ, инкапсулиро- ванных Fe3C, при различной ориентации нанотрубок относительно вектора электрического поля Е электромагнитной волны и УНТ, изотропно распределенными в эпоксидной матрице. 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Ориентированные многослойные углеродные нанотрубки были по- лучены методом каталитического разложения бензола (источник углерода) и ферроцена (источник железа) в трубчатой печи при раз- личных температурах. Концентрация железа в полученных образ- цах ориентированных нанотрубок, согласно данным гравиметриче- ского анализа, составляла 6,5 вес.%. Плотность образцов составля- ла ≅ 0,19 г/см 3, т.е. пористость массивов УНТ ≅ 90%. Структура, фазовый состав и морфология синтезированных ма- териалов исследовались с использованием сканирующего элек- тронного микроскопа (JEOL JSM-840) и рентгеновского дифракто- метра (ДРОН-4-07 с CuKα-излучением). Были также приготовлены образцы эпоксидных композитов с изотропно распределенными в них диспергированными фрагмен- тами массива многослойных нанотрубок (50 вес.% УНТ + 50 вес.% эпоксидная смола – УНТ-ЭД20). При изготовлении этих компози- тов сначала выполнялось механическое диспергирование массива ориентированных нанотрубок, а затем ультразвуковое диспергиро- вание смеси раствора ЭД20 в ацетоне и нанотрубок в течение 3 ча- сов. Плотность полученных композитов ≅ 0,42 г/см 3, т.е. пори- стость КМ порядка ≅ 73%. Исследования образцов выполнялись на модернизированном па- норамном измерителе КСВН Р2-69 в диапазоне частот от 53,5 до 78,3 ГГц [12]. Измерялись коэффициент ослабления ЭМИ (SET) и 762 величин – RL) пр полность мерами 3 3. РЕЗУ На рису ванных ния, соо ражения Fe3C и Fe Резул веденны Рис. 1. Д трубок. Рис. 2. Эл ванных н Л. Л. ВОВ на обратны ри различн ью перекр 3,6×1,8 мм ЛЬТАТЫ унке 1 пре нанотрубо ответствую я, отвечаю e3O4. ьтаты эле ые на рис. ифрактогра а лектронно-м нанотрубок ( ЧЕНКО, Л. Ю х потерь (п ной ориент ывали сеч м2. И ОБСУЖ едставлена ок. Как ви ющие фазе ющие фазам ктронно-м 2, показа амма масси микроскопи (а, вид сбок Ю. МАЦУЙ, потери мощ тации нано чение мета ЖДЕНИЕ а дифракто идно из рис нанотрубо м железа α микроскопи али высоку ива ориенти ические из ку) и отдельн В. В. ОЛЕЙН щности отр отрубок в в аллическог ограмма м сунка, наб ок с d002 = 3 α- и γ-Fe и ических и ую запутан ированных ображения ных нанотр НИК и др. раженного волноводе. го волново массива ор блюдаются 3,43 Å, а т его соедин исследован нность клу многослойн б массива ор убок (б). о сигнала Образцы ода с раз- риентиро- я отраже- также от- нений – ний, при- убков из ных нано- риентиро- ХАРАКТЕР ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК С ИЗЛУЧЕНИЕМ 763 УНТ с преимущественно вертикальной их ориентацией. Внешний диаметр нанотрубок равен 40—60 нм, внутренний – 7—10 нм, сред- няя длина отдельных нанотрубок – 200—300 мкм. Обнаружено, что частицы Fe3C главным образом локализованы внутри нанотрубок, средняя длина частиц – 40 нм, небольшое количество частиц нахо- дится на поверхности нанотрубок. Для определения степени магнитной упорядоченности массива нанотрубок была исследована температурная зависимость магнитной восприимчивости. Результаты измерений представлены на рис. 3. Ме- тод магнитометрии позволяет детектировать даже малые количества ферромагнитной фазы в немагнитной матрице. Наблюдаемый ферро- магнитный переход на зависимости χ(Т) при температуре 474 К позво- лил сделать вывод, что основная фаза железосодержащего соединения в УНТ – это Fe3C, температура Кюри Тс для которого 484 К [13]. Сме- щение Tc в область более низких температур связано с наноразмерами частиц Fe3C. Кроме того, как видно из рисунка 3, в образце из массива ориентированных УНТ на кривой χ(Т) наблюдается характерный из- лом в области температур ферромагнитного перехода для оксида же- леза Fe3О4 (Тс массивного Fe3О4 составляет 858 К). Поскольку этот пе- реход слабо выражен, можно сделать вывод о незначительном содер- жании фазы Fe3О4 в данном образце, и смещение температуры Кюри на 20 К говорит о том, что размер частиц этой фазы не превышает 57 нм. Ферромагнитным компонентом, определяющим поведение χ(Т) в области Т > 700—800 К, по-видимому, является α-Fe. Экспериментальные исследования коэффициента ослабления выполнялись при различной ориентации нанотрубок в волноводе, т.е. при распространении электромагнитной волны вдоль оси нано- трубок l (в этом случае l⊥E) и при распространении электромагнит- Рис. 3. Температурная зависимость магнитной восприимчивости массива углеродных нанотрубок; содержание Fe3C 6,5 вес.%. 764 Л. Л. ВОВЧЕНКО, Л. Ю. МАЦУЙ, В. В. ОЛЕЙНИК и др. ной волны в направлении, перпендикулярном оси нанотрубок (в этом случае l║E). С энергетической точки зрения, при падении ЭМИ на пластину, помещенную в волновод, коэффициенты поглощения A, отражения R и прохождения T в сумме дают 1: 1A R T+ + = , 2 / I I R E E′= , 2 / T I T E E= , (1) где EI, I E′ , T E – амплитуды электрического поля падающей, отра- женной и прошедшей электромагнитных волн соответственно. Отражающие свойства исследуемых образцов определялись ис- ходя из измерения коэффициента стоячей волны (КСВ) с последу- ющим пересчетом в общепринятую величину – обратные потери RL, которые измеряются в децибелах. Коэффициент стоячей волны связан с обратными потерями соотношением: RL 20 RL 20 1 10 КСВ 1 10 − − += − , (2) откуда КСВ 1 RL 20 log . КСВ 1 += − (3) Эффективность экранирования ЭМИ можно представить в виде: SE 20 log( / ) SE SET T I A RE E= − = + , (4) где SE A и SER – эффективности экранирования электромагнитно- го излучения за счет поглощения и отражения, соответственно. SE 10 log A T I R = − , SE 10 log R I R I −= . (5) Для пластинки из однородного электропроводного материала от- ражение – один из основных механизмов экранирования ЭМИ [14]. Для экранирования ЭМИ за счет отражения материал должен содержать подвижные носители заряда (например, электроны), ко- торые взаимодействуют с падающим ЭМИ. Тогда эффективность экранирования за счет отражения может быть представлена в виде: 0 SE 20 logR S= η η , (6) где для свободного пространства E j H j ωμη = = σ − ωε – волновое со- ХАРАКТЕР ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК С ИЗЛУЧЕНИЕМ 765 противление материала среды; ω = 2πf, f – частота электромагнит- ного излучения; μ и ε – магнитная и диэлектрическая проницаемо- сти материала, σ – его электропроводность. Индекс «0» относится к материалу, из которого падает ЭМИ, а индекс «S» – к экраниру- ющему материалу. В случае проводящих материалов η0 >> ηS и σ >> ωε, 2 / S fη = π μ σ , и эффективность экранирования за счет отражения может быть пред- ставлена в виде SE 39,5 20 log . 2 R f σ= − π μ (7) Поглощение – второй важный механизм, зависящий от толщи- ны экрана. Поглощение ЭМИ возрастает, когда экранирующий ма- териал имеет электрические или магнитные диполи, которые взаи- модействуют с ЭМИ: / SE 20 log , d A e δ= ( ) 1 ,f − δ = π μσ (8) где d – толщина экрана, δ – глубина скин-слоя. Как видно из соотношений (7) и (8), чем выше проводимость ма- териала, тем выше будет степень экранирования электромагнитно- го излучения как за счет процессов отражения, так и за счет погло- щения. На рисунке 4 представлены результаты измерений электро- сопротивления массива нанотрубок в направлении перпендикуляр- ном осям (l) нанотрубок. Удельное электросопротивление массива нанотрубок составляет порядка 2,2⋅10 −3 Ом⋅м при 293 К, и немного возрастает (на 8%) при понижении температуры до 77 К. Такие до- Рис. 4. Температурные зависимости электросопротивления массива ори- ентированных нанотрубок. 766 Л. Л. ВОВЧЕНКО, Л. Ю. МАЦУЙ, В. В. ОЛЕЙНИК и др. статочно большие значения электросопротивления массива нано- трубок обусловлены их преимущественной ортогональной ориента- цией относительно вектора Е (электросопротивление вдоль трубок на порядки меньше), а наблюдаемый небольшой гистерезис на за- висимости ρ(Т) связан с контактным электросопротивлением меж- ду нанотрубками. График зависимости величин ослабления SET ЭМИ от частоты для исследованных образцов представлен на рис. 5. Как видно, уве- личение толщины экрана из УНТ приводит к большему ослаблению ЭМИ. При параллельной ориентации трубок и вектора электриче- ского поля E (l║E) ослабление составляет примерно 40 дБ/мм, что в 1,5 раза больше, чем при распространении электромагнитной вол- ны, когда l⊥E. Учитывая высокую степень анизотропии электро- проводности нанотрубок, а также тот факт, что экранирование как за счет процессов отражения, так и за счет процессов поглощения увеличивается при возрастании проводимости материала, можно считать, что увеличение SET для l║E связано, в первую очередь, с более высоким значением электрической проводимости вдоль тру- бок. Следует отметить, что для конфигурации l║E SET несколько возрастает при повышении частоты выше 60 ГГц, в то время как при l⊥E SET практически не зависит от частоты. В случае компози- та УНТ-ЭД20 с изотропным распределением фрагментов массива УНТ, ослабление ЭМИ при толщине образца 1 мм составило 32 дБ, что обусловлено равномерным распределением в композите фраг- Рис. 5. Частотные зависимости эффективности экранирования электро- магнитного излучения массивом ориентированных нанотрубок (при раз- личных ориентациях осей нанотрубок относительно вектора электриче- ского поля ЭМИ) и эпоксидным композитом с изотропно распределенными диспергированными фрагментами массива многослойных нанотрубок: 1, 2, 3 – оси УНТ ортогональны вектору Е, 4, 5, 6 – оси УНТ параллельны вектору Е; 1, 4 – h = 0,6 мм, 2, 5 – h = 0,8 мм, 3, 6 – h = 1 мм; 7 – эпок- сидный композит 50 вес.%УНТ + 50 вес.% ЭД20, толщина 1мм. ХАРАКТЕР ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК С ИЗЛУЧЕНИЕМ 767 ментов массива УНТ как с l║E, так и l║E. На рисунке 6 приведены частотные зависимости обратных потерь в децибелах для массива УНТ и эпоксидного композита с УНТ при различной их ориентации в волноводе. Как видно из рисунка, при параллельной ориентации трубок и вектора E обратные потери не зависят от частоты и примерно 1,5 раза больше, чем при ортого- нальной ориентации нанотрубок относительно электрического по- ля. Кроме того, для перпендикулярной ориентации трубок и векто- ра Е в некоторой области частот (63,1 и 74,9 ГГц) наблюдается за- метное уменьшение обратных потерь. Аналогичные резонансные зависимости RL(f) наблюдались для композита УНТ-ЭД20 с изо- тропным распределением фрагментов массива УНТ, только значе- ния RL несколько меньше и минимумы на зависимости RL(f) более размытые по сравнению с массивом УНТ при параллельной ориен- тации трубок и вектора E. Как показали исследования композитов полимер—нанотрубки [15—17], введение ферромагнитных наноча- стиц приводит к улучшению поглощающих свойств материалов за счет увеличения комплексной диэлектрической и магнитной про- ницаемости. При этом характер зависимости характеристик по- глощения от частоты определяется как фазовым составом, так и формой магнитных наночастиц [15, 16]. Магнитные наночастицы (в виде фаз Fe3C, α- и γ-Fe), инкапсули- рованные в нанотрубки, проявляют себя как материалы с магнит- ными потерями. Учитывая высокую анизотропию формы исследу- емых УНТ, заполненных Fe3С, можно предположить, что эффек- тивное поле магнитной анизотропии На у них достаточно велико, что и определило, исходя из условия естественного ферромагнитно- Рис. 6. Частотные зависимости обратных потерь для массива ориентиро- ванных нанотрубок (при различных ориентациях нанотрубок относитель- но вектора электрического поля ЭМИ) и эпоксидного композита с изо- тропно распределенными диспергированными фрагментами массива мно- гослойных нанотрубок, размер образцов 3,6×1,8×1,0мм3. 768 Л. Л. ВОВЧЕНКО, Л. Ю. МАЦУЙ, В. В. ОЛЕЙНИК и др. го резонанса (ЕФМР), характер поглощения ЭМИ на столь высоких частотах. Как известно, условием возникновения ЕФМР является совпадение частоты ЭМИ с собственной частотой прецессии намаг- ниченности ферромагнетика в эффективном поле магнитной анизо- тропии На [18]: a Hω = γ , (9) где γ – гиромагнитное отношение. Образец из массива ориентированных УНТ продемонстрировал более добротный резонанс поглощения ЭМИ. Упорядоченное поло- жение нанотрубок в массиве приводит к большему значению макро- скопической магнитной анизотропии На [19], что обеспечивает, со- ответственно, большее значение резонансной частоты. 4. ВЫВОДЫ В работе исследованы характеристики взаимодействия электромаг- нитных волн сверхвысокочастотного диапазона с материалами, со- держащими углеродные нанотрубки: массивом ориентированных углеродных нанотрубок, заполненных Fe3С, и эпоксидным компози- том с изотропно распределенными в нем диспергированными фраг- ментами массива УНТ. Показано, что величина ослабления излучения в миллиметровом диапазоне длин волн достаточно высока, что связано с хорошей элек- тропроводностью УНТ. Для массива УНТ ослабление зависит от вза- имной ориентации вектора напряженности электрического поля вол- ны и осей углеродных нанотрубок: при их ортогональной ориентации ослабление составляет 25 дБ, при параллельной ориентации ослабле- ние ЭМИ увеличивается на порядок и составляет 38 дБ при толщине образца 1 мм. Для эпоксидного композита наблюдаемое ослабление не зависит от ориентации образца относительно направления распро- странения ЭМИ и составляет приблизительно 32 дБ. При ортогональной ориентации вектора электрического поля вол- ны и осей нанотрубок в массиве наблюдалось резонансное уменьше- ние обратных потерь ЭМИ. Аналогичный характер поглощения ЭМИ наблюдался и для эпоксидного композита. Можно предположить, что наблюдаемые пики поглощения ЭМИ в этих материалах связаны с ЕФМР во внутреннем эффективном поле магнитной анизотропии На ферромагнетика Fe3C, инкапсулированного в УНТ, когда частота ЕФМР совпадает с частотой ЭМИ. Обнаруженное явление можно использовать для разработки экранов электромагнитного излучения, для изготовления СВЧ- фильтров и поглощающих нагрузок. Работа выполнена в рамках гранта УНТЦ № 4908. ХАРАКТЕР ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК С ИЗЛУЧЕНИЕМ 769 ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. R. C. Che, L. M. Peng, X. F. Duan, Q. Chen, and X. L. Liang, Adv. Mater., 16, No. 5: 401 (2004). 2. Y. L. Yang, M. C. Gupta, K. L. Dudley, and R. W. Lawrence, Nano Lett., 5, No. 11: 2131 (2005). 3. P. C. P. Watts, W. K. Hsu, A. Barnes, and B. Chambers, Adv. Mater., 15, No. 7—8: 600 (2003). 4. L. S. Schadler, S. C. Giannaris, and P. M. Ajayan, Appl. Phys. Lett., 73, No. 26: 3842 (1998). 5. S. Q. Zhang, C. G. Huang, Z. Y. Zhou, and Z. Li, Mater. Sci. Eng. B, 90: 38 (2002). 6. Х Q. Liu, D. Zhang, T. Fan, J. Gu, Y. Miyamoto, and Z. Chen, Carbon, 46: 461 (2008). 7. S. A. Maksimenko, V. N. Rodionova, G. Ya. Slepyan, V. A. Karpovich, O. Shen- derova, J. Walsh, V. L. Kuznetsov, I. N. Mazov, S. I. Moseenkov, A. V. Oko- trub, and Ph. Lambin, Diamond & Related Materials, 16: 1231 (2007). 8. K. J. Vinoy and R. M. Jha, Radar Absorbing Materials from Theory to Design and Characterization (Boston: Kluwer Acad. Publs.: 1996). 9. J.-H. Oh, K.-S. Oh, C.-G. Kim, and C.-S. Hong, Compos. Part. B: Eng., 35: 49 (2004). 10. T. Ikuno, H. Furuta, T. Yamamoto, S. Takahashi, M. Kamizono, S.-I. Honda, M. Katayama, T. Hirao, and K. Oura, Surface and Interface Analysis, 35, No. 1: 15 (2003). 11. А. Г. Кудашов, А. Г. Куреня, А. В. Окотруб, А. В. Гусельников, В. С. Дани- лович, Л. Г. Булушева, ЖТФ, 77, № 12: 96 (2007). 12. L. Vovchenko, V. Zagorodnii, L. Matzui, V. Launets, and V. Oliynyk, Proceed- ing 20th International Crimean Conference ‘Microwave & Telecommunication Technology’ (Sevastopol’: 2010), p. 831. 13. M. Bozorth, Ferromagnetism (Toronto—New York—London: D. Van Nostrand Company: 1953). 14. Y. Wang and X. Jing, Polym. Adv. Technol., 16, No 4: 344 (2005). 15. C. C. M. Ma, Y. L. Huang, H. C. Kuan, and Y. S. Chiu, Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 43, No. 4: 345 (2005). 16. R. Che, L.-M. Peng, X. Duan, Q. Chen, and X. Liang, Adv. Mater., 16, No. 5: 401 (2004). 17. K.-Y. Parka, J.-H. Hana, S.-B. Lee, J.-B. Kimb, J.-W. Yi, and S.-K. Lee, Proc. of SPIE, 6929: 69292G (2008). 18. А. Г. Гуревич, Г. А. Мелков, Магнитные колебания и волны (Москва: Наука: 1994). 19. С. В. Комогорцев, Р. С. Исхаков, Е. А. Денисова и др., Письма в ЖТФ, 31, № 11: 12 (2005).
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75148
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T15:52:17Z
publishDate	2011
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Вовченко, Л.Л. Мацуй, Л.Ю. Олейник, В.В. Лаунец, В.Л. Загородний, В.В. Ле Норманд, Ф. 2015-01-26T19:56:28Z 2015-01-26T19:56:28Z 2011 Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн / Л.Л. Вовченко, Л.Ю. Мацуй, В.В. Олейник, В.Л. Лаунец, В.В. Загородний, Ф. Ле Норманд // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 759-769. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 07.57.Kp, 61.48.De, 68.37.Hk, 72.80.Tm, 78.40.Ri, 84.40.-x, 85.35.Kt https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75148 Представлены результаты экспериментальных исследований взаимодействия электромагнитного излучения (ЭМИ) с массивом вертикально ориентированных многослойных углеродных нанотрубок (УНТ), заполненных Fe3С, и с эпоксидным композитом с изотропно распределёнными в нем диспергированными фрагментами массива УНТ. В диапазоне частот от 53,5 до 78,3 ГГц измерены эффективность экранирования ЭМИ и обратные потери образцов в прямоугольном волноводе. При ортогональной ориентации осей нанотрубок в массиве относительно вектора электрического поля волны обнаружено резонансное поглощение ЭМИ. Аналогичные пики поглощения наблюдались и для эпоксидного композита. Обнаружено, что величина ослабления электромагнитного излучения массивом УНТ достаточно высока и изменяется в пределах от 25 до 38 дБ (при толщине образца 1 мм) в зависимости от взаимной ориентации вектора электрического поля волны и осей углеродных нанотрубок. Представлено результати експериментальних досліджень взаємодії електромагнетного випромінення (ЕМВ) з масивом вертикально орієнтованих багатостінних вуглецевих нанорурок (ВНР), заповнених Fe3С, та з епоксидним композитом із ізотропно розподіленими в ньому дисперґованими фраґментами масиву ВНР. У діяпазоні частот від 53,5 до 78,3 ГГц вимірювали ефективність екранування ЕМВ та зворотні втрати для зразків у прямокутньому хвилеводі. При ортогональній орієнтації осей нанорурок у масиві відносно вектора електричного поля хвилі спостерігалося резонансне вбирання ЕМВ. Аналогічні піки вбирання спостерігалися і для епоксидного композита. Знайдено, що величина ослабнення електромагнетного випромінення масивом ВНР досить висока і змінюється в межах від 25 до 38 дБ (при товщині зразка у 1 мм) залежно від взаємної орієнтації вектора електричного поля хвилі і осей вуглецевих нанорурок. Experimental study of interaction of electromagnetic radiation (EMR) with vertically oriented multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) filled with Fe3С and epoxy composite with randomly distributed fragments of MWCNT array is carried out. The shielding efficiency and the return loss are measured in the rectangular waveguide for the frequency range from 53.5 to 78.3 GHz. The resonant absorption of millimetre waves is revealed at the orthogonal CNT orientation with respect to the EMR electric field within the waveguide. Similar absorption peaks are observed for the epoxy composite. As found, the electromagnetic shielding efficiency varies from 25 to 38 dB (at specimen thickness of 1 mm) depending on the MWCNT orientation with respect to the EMR electric field. Работа выполнена в рамках гранта УНТЦ № 4908. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн Article published earlier
spellingShingle	Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн Вовченко, Л.Л. Мацуй, Л.Ю. Олейник, В.В. Лаунец, В.Л. Загородний, В.В. Ле Норманд, Ф.
title	Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн
title_full	Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн
title_fullStr	Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн
title_full_unstemmed	Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн
title_short	Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн
title_sort	резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75148
work_keys_str_mv	AT vovčenkoll rezonansnyiharaktervzaimodeistviâmnogosloinyhuglerodnyhnanotruboksizlučeniemmillimetrovogodiapazonavoln AT macuilû rezonansnyiharaktervzaimodeistviâmnogosloinyhuglerodnyhnanotruboksizlučeniemmillimetrovogodiapazonavoln AT oleinikvv rezonansnyiharaktervzaimodeistviâmnogosloinyhuglerodnyhnanotruboksizlučeniemmillimetrovogodiapazonavoln AT launecvl rezonansnyiharaktervzaimodeistviâmnogosloinyhuglerodnyhnanotruboksizlučeniemmillimetrovogodiapazonavoln AT zagorodniivv rezonansnyiharaktervzaimodeistviâmnogosloinyhuglerodnyhnanotruboksizlučeniemmillimetrovogodiapazonavoln AT lenormandf rezonansnyiharaktervzaimodeistviâmnogosloinyhuglerodnyhnanotruboksizlučeniemmillimetrovogodiapazonavoln

Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн

Institution

Similar Items