автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Сверхвысокочастотные свойства композитов на основе диэлектрических матриц с включениями в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита и ферритовых микрочастиц

Романов Андрей Вячеславович

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТРИЦ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ В ВИДЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК, ЧАСТИЦ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ГРАФИТА И ФЕРРИТОВЫХ МИКРОЧАСТИЦ

05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро -и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

01.04.03 - Радиофизика

16 т мм

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саратов 2010

004617369

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского»

Научные руководители: заслуженный деятель науки РФ,

доктор физико-математических наук, профессор Усанов Дмитрий Александрович, доктор физико-математических наук, профессор Скрипаль Александр Владимирович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ,

доктор физико-математических наук, профессор, Байбурин Вил Бариевич,

доктор физико-математических наук, профессор, Попов Вячеслав Валентинович

Ведущая организация: ЗАО «НПЦ «Алмаз-Фазотрон», г. Саратов.

Защита диссертации состоится 30 декабря 2010 г. в 17 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.243.01 в Саратовском государственном университете имени Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, III корп., ауд. 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (Саратов, ул. Университетская, 42).

Автореферат разослан «30» ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Аникин В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Интерес к исследованию электрофизических свойств композитных материалов в СВЧ - диапазоне приобретает с каждым годом все большее значение, что связано с потребностью создания новых материалов с уникальными свойствами, которые недостижимы для традиционных однородных материалов и с необходимостью решения насущных вопросов твердотельной электроники и радиофизики.

Дальнейшее развитие в области создания композитных материалов связано с применением в качестве наполнителя различных видов наноматериалов (наночастицы, нанопровода, квантовые точки и др.). Одним из перспективных объектов исследования для создания новых нанокомпозитных материалов являются углеродные нанотрубки. Использование углеродных нанотрубок в качестве наполнителя позволяет существенно улучшить механические, электрические, термические характеристики композитных материалов.

Для проведения полноценного исследования электрофизических свойств композитных материалов с углеродными микро - и нановключениями необходимо определить влияние различных физических воздействий на их электрофизические свойства. Такое влияние на электрофизические свойства композитных материалов, содержащих углеродные нанотрубки, пока недостаточно изучено, что значительно ограничивает область их практического применения.

В СВЧ - диапазоне ферритовые микровключения в качестве наполнителя композитного материала широко используются при создании различных поглощающих покрытий. Ферритовые микровключения в объеме такого материала расположены случайным образом. С каждым годом возрастают требования к таким поглощающим покрытиям. Одним из возможных вариантов улучшения СВЧ - характеристик композитных материалов с ферритовыми микровключениями является их упорядочение в объёме связующей матрицы. Такая возможность практически не используется, а свойства композитных материалов с упорядоченными ферритовыми микровключениями в СВЧ - диапазоне недостаточно исследованы.

Актуальность измерений электрофизических параметров композитных материалов с микро - и нановключениями в СВЧ-диапазоне связана с возможностью их практического применения, например, в различных областях СВЧ техники, в системах связи и спутниковой навигации, для создания широкополосных поглощающих покрытий и для использований таких композитных покрытий в технологии «Stealth».

Актуальность и важность решения отмеченных выше проблем обусловили проведение данной работы по созданию композитов с включениями в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита, изготовленных как в нормальных условиях, так и под влиянием различных внешних физических воздействий, и исследованию электрофизических свойств таких композитов в СВЧ-диапазоне. В случае использования ферритовых микровключений представляет интерес

исследовать влияние их упорядочения на СВЧ - характеристики композитов с ферритовыми микровключениями.

Цель диссертационной работы: определение сверхвысокочастотных параметров композитов с различной объемной концентрацией включений в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита, ферритовых микрочастиц и влияния на них внешних физических воздействий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка модели взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с композитным материалом, содержащим микро - и нановключения;

2. Разработка метода определения электрофизических параметров композитных материалов с .различными видами включений путем решения обратной задачи по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с ними электромагнитного излучения и его экспериментальная реализация;

3. Определение влияния пространственной ориентации магнитных частиц ферритового наполнителя в объеме связующего на спектры отражения и прохождения электромагнитного излучения;

4. Определение влияния внешних физических воздействий в ходе изготовления композитного материала с углеродным наполнителем на его электрофизические свойства в СВЧ-диапазоне.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Экспериментально реализованы методы измерения электропроводности и диэлектрической проницаемости композитных материалов с микро- и нановюпочениями по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с ними электромагнитного излучения СВЧ - диапазона;

2. Разработана методика изготовления композитного материала с различной пространственной ориентацией магнитных микрочастиц ферритового наполнителя в объеме эпоксидного связующего;

3. Установлена зависимость величины периода сформированной пространственной структуры из ферритового наполнителя в объеме связующего от величины индукции магнитного поля;

4. Показано, что использование внешних физических воздействий, таких как давление, ультразвук, ультрафиолетовое излучение, при создании композитного материала с различной объемной концентрацией включений в виде углеродных нанотрубок позволяет управлять его электрофизическими характеристиками.

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

1. Реализован метод компьютерного моделирования спектров отражения и прохождения в СВЧ-диапазоне композитных материалов, содержащих углеродные микро - и нановключения;

2. Реализована возможность направленного изменения электрофизических параметров композитного материала с помощью воздействия на него ультразвука и давления при отверждении связующей матрицы;

3. Разработана программная реализация метода измерения электропроводности и диэлектрической проницаемости углеродного наполнителя в составе композитного материала по концентрационной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала в широком диапазоне их изменения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. По измеренным частотным зависимостям коэффициента отражения и прохождения электромагнитного излучения, взаимодействующего с композитным материалом в микрополосковой периодической структуре, в результате решения обратной задачи возможно определение диэлектрической проницаемости и электропроводности в широком диапазоне изменения их значений, как композитного материала в целом, так и входящих в состав композита углеродных нанотрубок;

2. Температурная зависимость электропроводности углеродных нанотрубок, входящих в состав композита в качестве наполнителя, характеризуется наличием двух участков с энергиями активации 1,5 эВ и 0,5 эВ.

3. Существует время диспергирования наполнителя в виде углеродных нанотрубок в объёме эпоксидного клея при воздействии ультразвука, при котором достигается максимальная электропроводность композитного материала, для заданной концентрации наполнителя;

4. Действие магнитного поля на композитный материал с ферритовыми микровключениями в процессе его застывания приводит к формированию чередующихся нитей из феррита и значительному сдвигу «окна» прозрачности фотонного кристалла, величина которого зависит от пространственной ориентации ферритовых нитей.

Личный вклад автора выразился в участии в проведении всего объема экспериментальных работ, в создании теоретических моделей, описывающих результаты экспериментов, проведении компьютерного моделирования и анализе полученных результатов.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на: XVII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2010" 12 - 15 апреля 2010 г.; 18 th. International Conference on Microwaves, Radar & Wireless Communications (MIKON 2010), Vilnius, Lithuania, 14-16 June, 2010; IX Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Челябинск, 13-17 сентября 2010 г.; 20-ой международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2010). Севастополь, 13-17 сентября 2010 г., III Международном конкурсе научных работ молодых ученых в области нанотехнологий, Международный форум по нанотехнологиям «Rusnanotech-2010», Москва, 1-3 ноября 2010 г.

Исследования выполнялись в рамках НИР «Технология формирования наноструктур и нанокомпозитов, разработка и создание новых технологий измерений параметров материалов, наноструктур и нанокомпозитов на основе низкоразмерных резонансных систем оптического и микроволнового диапазонов» ГК № 02.513.11.3058, ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», НИР «Разработка новых высокочувствительных методов измерения электрических и магнитных свойств нанокомпозитных материалов и структур в СВЧ и оптическом диапазонах и создание компьютерного диагностического комплекса для их реализации» (грат-Президента РФ для поддержки молодых ученых - докторов наук и кандидатов наук и их научных руководителей (МК-415.2009.8).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК; 4 работы опубликованы в сборниках конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 125 страницах, содержит 34 рисунка, список использованной литературы включает 176 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулирована цель работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, описана структура и объем работы.

В первой главе проведен критический анализ современных исследований характеристик композитных материалов с проводящими включениями на сверхвысоких частотах.

Рассмотрены достоинства и недостатки основных методов исследования электрофизических свойств композитных материалов на основе диэлектрических матриц с углеродными, ферритовыми микро - и нановключениями. Приводится сравнительный анализ электрофизических свойств композитных материалов в СВЧ - диапазоне с различными видами углеродного наполнителя, имеющего различную структуру, форму и размеры составляющих его частиц. Особое внимание уделяется исследованию электрофизических свойств, в частности комплексной диэлектрической проницаемости (ДП), композитных материалов с включениями из углеродных нанотрубок (УНТ). Описываются основные механизмы, влияющие на зависимость комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала от температуры. Рассмотрено влияние различных физических воздействий, используемых для модификации углеродного наполнителя, на электрофизические свойства композитных материалов в СВЧ - диапазоне.

Во второй главе описаны структура, параметры связующего компонента на основе эпоксидного клея. Получена информация о геометрических размерах, структуре углеродного наполнителя с использованием атомной силовой микроскопии и метода комбинационного (Рамановского) рассеяния

б

света. Описаны возможные механизмы взаимодействия наполнителя из углеродных нанотрубок с материалом эпоксидного связующего. Экспериментально получены оптические спектры в ультрафиолетовом (УФ), видимом (рис. 1) и ближнем инфракрасном диапазоне, как материала самого наполнителя в виде углеродных нанотрубок, так и композитного материала.

Введение углеродных

нанотрубок в водный раствор увеличивает его оптическое поглощение во всем диапазоне длин волн. Наблюдается две характерные области поглощения с энергиями, отвечающими за переходы между сингулярностями Ван Хова для металлических (Ецт) и

полупроводниковых (Е225)

углеродных нанотрубок. Можно сделать вывод о смешанном составе углеродного наполнителя, в котором присутствуют углеродные

нанотрубки с металлическим и с полупроводниковым характером проводимости.

Анализ полученных оптических спектров в ближнем ИК-диапазоне позволяет сделать вывод о наличии физико-химического взаимодействия между углеродными нанотрубками и материалом эпоксидной матрицы. Сделан вывод о том, что компоненты углеродного наполнителя являются хорошими комплексообразователями. Наблюдаемое уширение полосы валентных колебаний гидроксильных групп в области 3450-3 550см"1 может быть объяснено за счет частичного образования межмолекулярных связей (водородных связей) с полярными соединениями, такими, как амины.

В третьей главе представлены теоретические основы метода измерения характеристик различных композитных материалов по спектрам отражения и прохождения электромагнитного излучения.

При проведении измерений использовался новый класс периодических структур, называемых «фотонными кристаллами». Такие структуры состоят из периодически расположенных составляющих, размеры которых сравнимы с длиной волны распространяющегося в них электромагнитного излучения. В спектре прохождения таких структур имеется частотная область, запрещенная для распространения электромагнитной волны - аналог запрещенной зоны в кристаллах. При нарушении периодичности в фотонном кристалле наблюдается возникновение окна прозрачности в запрещенной зоне фотонного кристалла. В СВЧ-диапазоне одномерный фотонный кристалл был реализован в виде микрополосковой линии передачи с периодически изменяющейся диэлектрической проницаемостью материала подложки (поликор - воздух).

В таких линиях передачи нарушение периодичности фотонного кристалла было создано путем изменения диэлектрической проницаемости подложки одного из чередующихся отрезков микрополосковой линии. При частичном

7

20О 400 ЫШ ХОО л. им

Рис. 1 Оптический спектр поглощения А в видимом и УФ - диапазоне 1% водного раствора углеродных нанотрубок с добавлением цетилтриметиламмония

бромида (ЦТАБ) (сштошная лишга) и водного раствора ЦТАБ (пунктирная линия).

заполнении материалом с комплексной диэлектрической проницаемостью s = e'-ie" одного из воздушных участков полосковой линии (рис. 2) должно наблюдаться изменение положения и формы «окна» прозрачности в запрещенной зоне фотонного кристалла, что связано с изменением постоянной распространения электромагнитной волны.

•HipucfK Компьютерное моделирование

«ц t v частотной зависимости коэффициентов

отражения К и прохождения D электромагнитной волны для различных значений комплексной диэлектрической проницаемости исследуемого

композитного материала (рис. 3) проведено с использованием теоретической модели, разработанной в работе Усанова Д.А., Скрипаля A.B., Абрамова A.B., Боголюбова A.C., Куликова М.Ю., Пономарева Д.В. (ЖТФ. 2010. Т. 80, вып. 8, с. 143-148).

Рис. 2 Экспериментальная микрополоско-вая периодическая структура для измерения параметров композитных материалов.

Рис. 3. Расчетные частотные зависимости коэффициентов прохождения О и отражения Л электромагнитной волны по мощности через микрополосковую структуру при различных значениях диэлектрической проницаемости композитного материала: 1- £ = 1; 2-Е = 5 ; 3-Е = 10; 4-£ = 15 .

Для определения комплексной диэлектрической проницаемости гэф =е)ф'~'Еэф" композитного материала, заполняющего частично один из воздушных участков полосковой линии, необходимо решить обратную задачу. По спектрам прохождения О и отражения Я электромагнитного излучения, обладающим резко выраженной частотной зависимостью, при известном теоретическом описании этой зависимости, такая задача была решена с использованием метода наименьших квадратов. При реализации этого метода находится такое значение параметра при котором сумма квадратов

разностей экспериментальных &ехр„ > ^ехр„ и расчетных /)(еУф,/ехРп), Ще ,ф, /ехРп) значений квадратов модулей коэффициента прохождения

я п

становится минимальной. Искомое значение диэлектрической проницаемости композитного образца определяется численным методом с помощью ЭВМ в результате решения уравнения

Зе^ 8е,ф ^эф

Для описания электрофизических свойств композитного материала использовалась модель эффективной среды, описывающая комплексную диэлектрическую проницаемость композитного материала при известных значениях диэлектрической проницаемости наполнителя и связующей матрицы. В диапазоне концентраций углеродных включений вплоть до 0.5 отн. ед. адекватно описывают зависимость диэлектрической проницаемости композитного материала от концентрации наполнителя модели Бруггемана и Нильсена, которые дают близкие значения комплексной проницаемости композитного материала практически во всем диапазоне концентраций углеродного наполнителя. Используемая при расчётах модель Нильсена позволяла дополнительно учитывать распределение частиц наполнителя по размерам в объеме диэлектрической матрицы.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований особенностей взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ - диапазона с образцами из композитного материала, содержащего углеродные нанотрубки (рис. 4 а) и мелкодисперсный графит (рис. 4 б), с целью сопоставления их с теоретически полученными зависимостями.

-ДО-■-■---30'-----

а 2 3 4 /Л" О 2 .1 4 /.ГГи

Рис. 4. Экспериментальные (прерывистые кривые) и расчетные (сплошные кривые)

частотные зависимости коэффициента прохождения £> электромагнитной волны по

мощности через микрополосковую структуру с исследуемым образцом при различных

значениях объемной концентрации углеродных нанотрубок (а), мелкодисперсного

графита (б)Х, отн. ед.: 1-0; 2-0.05; 3-0.15; 4-0.25.

С ростом объемной доли * углеродного наполнителя наблюдается сдвиг в низкочастотную область «окна» прозрачности и с одновременным уменьшением интенсивности. На рис. 4 представлена первая запрещенная зона фотонного кристалла. В результате решения обратной задачи были получены зависимости комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала от концентрации наполнителя в виде углеродных нанотрубок и мелкодисперсного графита и сопоставлены с теоретическими зависимостями, полученными с использованием модели Нильсена (рис. 5).

Рис. 5 Измеренные (дискретные точки) и расчетные (непрерывные кривые) зависимости действительной еЗф и мнимой е3ф части комплексной диэлектрической проницаемости композита от объемной доли проводящих включений: 1 - углеродные нанотрубки (круг), 2 -мелкодисперсный графит (треугольник).

Была решена обратная задача по определению комплексной диэлектрической проницаемости углеродных нанотрубок гут и графита ес по

концентрационной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала. Были получены следующие значения Еунт = 62.2-/12.4 и ес = 34.3-Л3.4,соответственно.

Определение температурной зависимости электропроводности углеродных нанотрубок в составе композитов

Экспериментально получены зависимости комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала с включениями из углеродных нанотрубок от температуры в диапазоне 293 К-353 К.

На представленных зависимостях (рис. 6) наблюдается рост действительной и мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала с увеличением температуры.

Характер изменения действительной части комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала практически не зависит от объемной доли включений, в отличие от мнимой части, где наблюдается более сильная зависимость от объемной доли включений при изменении температуры.

Частотные зависимости действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала с проводящими включениями могут быть описаны с использованием соотношений Дебая (3,4):

е'3»(Г) = е„+ £'~Е:°2, (3)

1 + (согГ

г эф(Т)= сог + ^, (4)

1 + (сот) юе0

где а(Т) = а о ехр(- Еа/2кТ),

£л- стационарная диэлектрическая проницаемость;

оптическая диэлектрическая проницаемость; со - круговая частота; Еа - энергия активации; т- время релаксации.

ю

Увеличение мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости композита с ростом температуры связано в основном с увеличением электропроводности о углеродного наполнителя (углеродных нанотрубок).

313

353 Т. К

353 Т. К

Рис. 6. Температурные зависимости действительной е^ и мнимой части е^ комплексной диэлектрической проницаемо ста композитного материала с различными значениями объемной доли углеродных нанотрубокЛ\ отн. ед,:1-0; 2-0.05; 3-0.1; 4-0.15.

Небольшое увеличение действительной части комплексной диэлектрической проницаемости композита с ростом температуры может бьггь связано с уменьшением времени релаксации т.

1пппт~ 1 ' ' С ростом объемной концентрации

углеродных трубок вклад

электропроводности в температурную зависимость мнимой части комплексной проницаемости резко увеличивается, что связано с образованием протяженных проводящих кластеров, состоящих из агломератов углеродных трубок в объеме композита.

Используя экспериментально определённые зависимости

действительной и мнимой части комплексной диэлектрической

14 //_'/. / , ¡11'

Рис. 7 Зависимость приведённой удельной электропроводности углеродных нанотрубок от температуры, а300 = 0,474 Ом"'(.Г1 - удельная электропроводность углеродных нанотрубок при 7= 300 К.

проницаемости Еэф от объемной доли углеродных нанотрубок х и применяя формулу Нильсена, была решена обратная задача по нахождению диэлектрической проницаемости Еунт углеродных нанотрубок в матрице из эпоксидного клея для различных значений температуры образца композита.

По величине мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости углеродных нанотрубок, с использованием выражения еу(п.=о/ше0, были определены средние значения удельной электропроводности нанотрубок оунт в

диапазоне температур 293 К- 353 К.

Результаты, представленные на рис. 7, свидетельствует о существовании двух механизмов, определяющих температурную зависимость

и

электропроводности углеродных нанотрубок с энергиями активации АЕ\ = 1,5 эВ и AEj = 0,5эВ.

Влияние ультразвука на электрофизические свойства композитного материала с углеродным наполнителем

Ультразвуковая обработка (УЗ - обработка) при создании композитных материалов широко используется для достижения равномерного распределения микро - и наночастиц наполнителя, а также для удаления воздушных включений из объема связующей матрицы. Было проведено исследование влияния длительности ультразвукового воздействия на связующую основу (без отвердителя) с различным наполнителем (углеродные нанотрубки и мелкодисперсный графит) и различной его концентрацией.

С помощью анализатора цепей N5230A Agilent PNA-L Network Analyzer были получены частотные зависимости коэффициента прохождения электромагнитного излучения СВЧ-диапазона через микрополосковую структуру, один из отрезков с воздушной полосковой линии был частично заполнен композитным материалом, характеризующимся различным временем ультразвуковой обработки. Значение диэлектрической проницаемости композитного образца определялось численным методом из решения уравнений (2).

80 л

Рис. 8 Зависимости действительной Еэф и мнимой части Еэф комплексной диэлектрической

проницаемости композитного материала от длительности ультразвукового воздействия на наполнитель (концентрация -10%) из углеродных нанотрубок (сплошная линия) и графита (прерывистая линия).

Полученные значения действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости композитного материала на частоте ~ 3.45 ГГц представлены на рис. 8. При воздействии ультразвуковых колебаний на эпоксидную матрицу с различным типом углеродного наполнителя наблюдается изменение величины комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала. Характер такого изменения зависит от материала наполнителя. Для композитного материала, содержащего мелкодисперсный графит, наблюдается уменьшение как действительной, так и мнимой части диэлектрической проницаемости с увеличением длительности воздействия ультразвука. Такое поведение диэлектрической проницаемости может быть связано с разрушением структуры графита (графитовых слоев). Максимальное изменение величины диэлектрической проницаемости композитного материала с графитовыми

включениями при длительности воздействия 90 мин достигает 45% (для мнимой части ДП).

Для композитного материала с включениями из углеродных нанотрубок наблюдается немонотонное изменение диэлектрической проницаемости. При воздействии на композитный материал ультразвуковых колебаний наблюдается максимум мнимой части диэлектрической проницаемости композитного материала при длительности его воздействия 1 = 30 мин. Первоначальное увеличение (1 = 0 - 30 мин) мнимой части диэлектрической проницаемости композитного материала может быть связано с разрушением микроскопических агломератов углеродного наполнителя, при котором жгутовая структура распадается на отдельные волокна из углеродных нанотрубок.

Уменьшение величины мнимой части ДП при дальнейшей УЗ-обработке приводит к возникновению дефектов на стенках УНТ и частичному разрушению структуры отдельной углеродной трубки с обламыванием её концов, что приводит к уменьшению ее длины. В некоторых случаях возможно образование аморфного углерода из каркаса углеродной нанотрубки. Максимальное изменение величины диэлектрической проницаемости композитного материала с включениями из углеродных нанотрубок при длительности воздействия 90 мин достигает лишь 25% (для мнимой части ДП). Косвенным подтверждением деградации структуры углеродных нанотрубок могут служить результаты, полученные другими исследователями, которые наблюдали ухудшение механических свойств композитного материала при длительной ультразвуковой обработке (>1.5 часов).

диэлектрической проницаемости композитного материала от длительности ультразвукового воздействия при различной концентрации наполнителя из углеродных нанотрубок:! - 1%; 2 - 5%, 3-10%.

С ростом концентрации углеродных нанотрубок (рис. 9) наблюдается смещение максимума мнимой части ДП композитного материала. Стоит отметить, что при достаточно больших концентрациях (-10%) наблюдается более резкое уменьшение мнимой части ДП композита при длительном воздействии УЗ-колебаний, что связано с увеличением вероятности механического разрушения структуры углеродных нанотрубок при

взаимодействии их друг с другом. Дальнейшее увеличение концентрации малоэффективно из-за увеличения вязкости композитного материала.

Таким образом, электрофизические свойства композитного материала с добавлением наполнителя из углеродных нанотрубок медленнее деградируют при обработке ультразвуком, чем при использовании в качестве наполнителя графитовых микрочастиц, также установлено, что существует время УЗ -обработки, при котором достигается максимальная электропроводность композитного материала, зависящее от концентрации наполнителя в виде углеродных нанотрубок.

Влияние давления на электрофизические свойства композитного материала с наполнителем из углеродных нанотрубок

Исследовалось влияние давления на комплексную диэлектрическую проницаемость композитного материала на основе эпоксидного связующего с различной концентрацией углеродных нанотрубок в СВЧ - диапазоне. Выбор величины давления при воздействии на композитный материал ограничен механическим разрушением композитного образца. В ходе эксперимента использовалось давление, величина которого варьировалось в диапазоне ~ 0150 кПа.

Для сравнительного анализа экспериментальных результатов использовались контрольные образцы (давление отсутствует) с различной объемной концентрацией углеродных нанотрубок (0 -10%).

Рис. 10 Зависимость действительной £эф и мнимой части £эф диэлектрической проницаемости композитного материала с различной концентрацией углеродных нанотрубок (1 - 0%; 2 - 3%; 3 - 5%; 4 -10%) от величины приложенного давления.

Зависимости действительной и мнимой части . комплексной диэлектрической проницаемости композита на частоте ~ 3.45 ГГц от величины приложенного давления Р представлены на рис. 10. Из представленных результатов видно, что для мнимой части диэлектрической проницаемости композитного материала при концентрации углеродных нанотрубок больше 3% наблюдается линейный рост её значения от величины приложенного давления. Данный факт говорит об увеличении электропроводности композитного материала в целом с ростом давления. Причем это увеличение связано лишь с

добавлением углеродных нанотрубок, так как мнимая часть ДП чистого эпоксидного связующего напротив уменьшается с ростом давления из-за уменьшения количества воздушных включений, которые образуются в процессе его отверждения.

С ростом давления действительная часть незначительно снижается, что связано с частичным объединением проводящих кластеров из УНТ, в результате чего уменьшается площадь поверхности на границе наполнитель -эпоксидная матрица, на которой может накапливаться электрический заряд, приводящий к уменьшению поляризации композитного материала в целом.

Полученная линейная зависимость электропроводности композитного материала от давления при малых концентрациях хорошо согласуется с результатами, полученными другими исследователями на постоянном токе.

Влияние УФ - излучения на электрофизические свойства композитного материала с наполнителем из углеродных нанотрубок

В работе исследовалось влияние длительности воздействия ультрафиолетового излучения на электрофизические свойства композитного материала. В качестве источника УФ - излучения использовалась бактерицидная (газоразрядная ртутная низкого давления) лампа фирмы «Philips» с мощностью 6 Вт. Длительность облучения УФ - излучением углеродных нанотрубок изменялась в диапазоне 0-30 минут.

Рис. 11 Зависимость действительной Е^и мнимой Е}ф части комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала с различной концентрацией углеродных нанотрубок (1 - 5%; 2 -10%) от длительности воздействия УФ - излучения.

Экспериментальные данные в виде зависимости комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала на частоте ~ 3.45 ГГц от длительности УФ - излучения для наполнителя из углеродных нанотрубок представлены на рис. 11.

Наблюдаемое уменьшение действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости композитного материала (рис. 11) с увеличением длительности воздействия УФ - излучения на углеродные нанотрубки можно связывать с процессом фотодесорбции молекул кислорода.

Влияние комбинированного воздействия на электрофизические свойства композитного материала с наполнителем из углеродных нанотрубок

Достаточно часто используется комбинирование нескольких воздействий на композитный материал для достижения более равномерного распределения углеродного нанонаполнителя в объеме полимерной матрицы. Было проведено исследование влияния комбинированного внешнего физического воздействия на величину комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала. Для этого предварительно наполнитель в виде углеродных нанотрубок обрабатывался с помощью ультразвука (в течение 30 минут) или облучался ультрафиолетовым излучением (в течение 15 минут), полученный модифицированный наполнитель смешивался в эпоксидной смоле, а затем в полученную массу добавлялся отвердитель (полиэтилполиамин) в соотношении 1:10.

Рис. 12 Зависимость действительной £эф и мнимой £эф части комплексной

диэлектрической проницаемости композитного материала от величины внешнего давления, при комбинированном воздействии: только одного давления (1), ультразвука и давления (2), ультрафиолетового излучения и давления (3).

Зависимости действительной и мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала на частоте ~ 3.45 ГГц, содержащего углеродные нанотрубки, модифицированные, в результате их предварительной обработки ультразвуком или ультрафиолетовым излучением, от величины внешнего давления представлены на рис. 12.

Из приведенных на этом рисунке результатов следует, что предварительная обработка наполнителя из углеродных нанотрубок может существенно влиять на электрофизические свойства композитного материала, полученного при отверждении композита под давлением.

Исследование частотных зависимостей коэффициентов прохождения и отражения микрополосковых фотонных кристаллов на основе композитов с ферритовыми включениями

При исследованиях использовался композит с ферритовыми микровключениями, размер которых составлял ~ 3.5 мкм. Отверждение композита осуществлялось в магнитном поле с величиной индукции В =0.1 Тл.

В=0 в 1" в -» В

1) 2) 3) 4)

Ряс. 13 Пространственное расположение ферритовых включений в образцах, полученных в процессе отверждения композита в магнитном поле с различной ориентацией вектора индукции В .

Полученные образцы композитного материала для различной ориентации вектора индукции В, обладали структурой, характеризующейся различным пространственным расположением ферритовых включений (ферритовых нитей) в объеме композита (рис. 13). Исследовалось влияние пространственного расположения ферритовых включений в объеме композита, заполняющего частично один из воздушных участков полосковой линии на частотные зависимости коэффициентов отражения Я и прохождения И микрополоскового фотонного кристалла. Как следует из представленных на рис. 14 а и б результатов упорядочение в расположении ферритовых включений в объёме композита приводит к значительному до 100 МГц сдвигу «окна» прозрачности фотонного кристалла. При этом величины коэффициентов отражения Л и прохождения О в «окне» прозрачности фотонного кристалла определяются пространственным расположением упорядоченных ферритовых включений (ферритовых нитей) относительно направления вектора электрического поля электромагнитной волны и её направления распространения в фотонном кристалле.

Рис. 14 Частотные зависимости коэффициентов отражения Я и прохождения О фотонного кристалла, содержащего образцы из композита с различным пространственным расположением ферритовых включений в объеме композита. Кривые 1-4 соответствуют образцам, изображённым на рис. 13.

Отметим, что изменение направления упорядоченного расположения ферритовых включений относительно направления распространения электромагнитной волны в фотонном кристалле приводит к изменению величины коэффициента отражения в минимуме «окна» прозрачности на 25 дБ (кривые 2 и 3 рис. 14)

/., мкм

200

В ходе проведённых исследований было обнаружено влияние величины приложенного ориентирующего магнитного поля при отверждении композита, содержащего

ферритовые частицы, на изменение расстояния Ь между упорядочение расположенными ферритовыми нитями (рис. 15).

С ростом величины индукции магнитного поля в пределах от 0.01 Тл до 0.1 Тл наблюдалось уменьшение расстояния между ферритовыми нитями с 220 мкм до 75 мкм в объеме композитного материала.

50

0.0 0.02 0.04 0.06 0.08 В, Тл

Рис. 15 Зависимость расстояния Ь между ферритовыми нитями от величины индукции магнитного поля В при отверждении композита (х = 0.05 отн. ед.).

ОСНОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Разработана модель, позволяющая описывать взаимодействие электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с композитным материалом с включениями в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита и ферритовых микрочастиц;

2. По концентрационной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала, в результате решения обратной задачи, определены диэлектрическая проницаемость и электропроводность углеродного наполнителя в составе композита;

3. Определена температурная зависимость электропроводности углеродных нанотрубок в составе композитного материала, которая характеризуется наличием двух участков, соответствующих энергиям активации 1.5 эВ и 0.5 эВ;

4. Показано, что существует время диспергирования наполнителя в виде углеродных нанотрубок в объёме эпоксидного клея при воздействии ультразвука, при котором достигается максимальная электропроводность композитного материала, для заданной концентрации наполнителя;

5. Показано, что наблюдается уменьшение периода пространственно упорядоченной структуры, состоящей из ферритовых микрочастиц в объеме эпоксидного связующего, от величины ориентирующего постоянного магнитного поля в процессе изготовления композитного материла;

6. Определено влияние пространственной ориентации магнитных частиц ферритового наполнителя в объеме эпоксидного связующего на спектры отражения и прохождения электромагнитного излучения, взаимодействующего с композитным материалом;

7. Показано, что обработка углеродных нанотрубок ультрафиолетовым излучением приводит к существенному уменьшению комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Романов А. В. Электрофизические свойства композитных материалов на основе эпоксидного клея с углеродными и ферритовыми включениями//Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2010" 12 — 15 апреля 2010 года/ Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2010» / Отв. ред. И.А. Алешковский, П.Н. Костыпев, А.И. Андреев, A.B. Андриянов. — М.: МАКС Пресс, 2010. — 1 электрон, опт. диск (CD-ROM), ISBN 978-5-31703197-8.

2. Усанов Д.А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Боголюбов А. С., Романов А. В., Куликов М. Ю., Пономарев Д. В. Фотонные структуры в СВЧ-диапазоне и их применение для измерения параметров композитов с включениями из углеродных нанотрубок и жидких диэлектриков //Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2010, т. 13, № 3. С. 26-33.

3. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Романов А. В. Электрофизические свойства композитов с включениями в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита и ферритовых микрочастиц // Известия вузов. Электроника. 2010. № 5(85). С. 45-52.

4. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Романов А. В. Комплексная диэлектрическая проницаемость композитов на основе диэлектрических матриц и входящих в их состав углеродных нанотрубок// Журнал технической физики. 2011, том 81, №1, С. 106-110. (http://journals.ioffe.ru/jtf/2011/01/).

5. Д. А. Усанов, А. В. Скрипаль, А. В. Романов. Комплексная диэлектрическая проницаемость композитов на основе диэлектрических матриц с включениями из углеродных нанотрубок. // 20-ая международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2010). Севастополь, 13-17 сентября 2010 г.: Материалы конференции. Севастополь: «Вебер», 2010, Т. 2, С. 1083-1084.

6. D.A. Usanov, A.V. Skripal, A.V. Romanov. Complex Dielectric Permittivity of Composites Based on Dielectric Matrixes with Inclusions of Carbon Nanotubes. Methods // Proc. of 18th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications MIKON-2010. Vilnius, Lithuania, June 14-16, 2010. -vol.1, pp. 94-97. ISBN 978-9955-690-20-7.

7. Д. А. Усанов, А. В. Скрипаль, А. В. Романов. Комплексная диэлектрическая проницаемость нанокомпозитов на основе диэлектрических матриц с проводящими включениями. // Тезисы докладов III Международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий, Международный форум по нанотехнологиям «Rusnanotech-2010», Москва, 1-3 ноября 2010, С. 83-85.

Романов Андрей Вячеславович

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТРИЦ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ В ВИДЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК, ЧАСТИЦ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ГРАФИТА И ФЕРРИТОВЫХ МИКРОЧАСТИЦ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 26.11.2010г. Формат 60x84 1/20. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 1042.

Отпечатано с оригинал-макета в ООО «Принт-Клуб» 410026, г. Саратов, ул. Московская 160. Тел.: (845-2) 508-617

ВВЕДЕНИЕ.

1. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СВЧ -ДИАПАЗОНЕ.

1Л Методы исследования электрофизических свойств композитных материалов с микро- и нановключениями в СВЧ-диапазоне.

1.2 Исследования сверхвысокочастотных свойств композитных материалов, содержащих модифицированный, в результате воздействия на него различными физико-химическими факторами, углеродный микро -или нанонаполнитель.

1.3 Исследования температурной зависимости электрофизических свойств композитных материалов в СВЧ - диапазоне.

1.4 Методы исследования электрофизических свойств композитных материалов с магнитными включениями из ферритовых микро - и наночастиц.

2. КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТРИЦ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ В ВИДЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И ЧАСТИЦ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ГРАФИТА.

2Л Основные предпосылки для выбора материалов, используемых в качестве наполнителя и связующей основы при создании композитных материалов с микро- и нановключениями.

2.2 Пространственная структура отвержденного эпоксидного клея и модели взаимодействия между компонентами в системе углеродный наполнитель - эпоксидная клей.

2.3 Основная информация о структуре углеродного и ферритового наполнителя, полученная с помощью оптических методов.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПОЗИТОВ С МИКРО - И НАНОВКЛЮЧЕНИЯМИ В СВЧ - ДИАПАЗОНЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР.

ЗЛ Структура и основные параметры микрополосковой линии передачи

3.2 Математическая модель микрополосковой периодической структуры и анализ её применения для измерения электрофизических свойств композитных материалов.

3.3 Анализ применимости различных моделей «эффективной» среды, описывающих электрофизические свойства композитных материалов

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТРИЦ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ В ВИДЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК, ЧАСТИЦ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ГРАФИТА И ФЕРРИТОВЫХ МИКРОЧАСТИЦ.

4.1 Исследование частотных зависимостей коэффициента прохождения электромагнитной волны через микрополосковый фотонный кристалл, содержащий композит с включениями в виде углеродных нанотрубок.

4.2. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости композитов и углеродного наполнителя в их составе.

4.3. Определение температурной зависимости электропроводности углеродных нанотрубок в составе композитов.

4.4 Исследование частотных зависимостей коэффициентов прохождения и отражения электромагнитной волны через микрополосковый фотонный кристалл, содержащий композит с ферритовыми микровключениями.

4.5 Влияние внешних физических воздействий на электрофизические свойства композитного материала в процессе его изготовления.

4.5.1 Влияние ультразвукового воздействия на электрофизические свойства композитного материала с углеродным наполнителем в процессе его изготовления.

4.5.2 Влияние давления на электрофизические свойства композитного материала с углеродным наполнителем в процессе его изготовления.

4.5.3 Влияние УФ - излучения на электрофизические свойства композитного материала с углеродными нанотрубками в процессе его изготовления.

4.5.4 Влияние комбинированного воздействия на электрофизические свойства композитного материала с включениями из углеродных нанотрубок.

Интерес к исследованию электрофизических свойств композиционных материалов в СВЧ - диапазоне связан с потребностью создания новых материалов с уникальными свойствами, которые не достижимы для традиционных однородных материалов и необходимостью решения насущных вопросов радиофизики, твердотельной, микро - и наноэлектроники.

При создании композиционного материала путем подбора состава и свойств наполнителя и матрицы (связующего), их соотношения, ориентации наполнителя можно обеспечить требуемое сочетание эксплуатационных и технологических свойств. В результате получается новый материал, свойства которого количественно и качественно могут отличаться от свойств каждого из его составляющих.

Уникальные свойства композиционных материалов (КМ) обеспечили их широкое распространение, например, в строительстве [1-3], оптике [4], авиации [5]. Электрические свойства КМ послужили основой для разработки многочисленных приборов, использующихся в электротехнике [6,7] и электронике [8-10]. Использование в одном материале нескольких матриц (полиматричные композиционные материалы) или наполнителей различной природы (гибридные композиционные материалы) значительно расширяет возможности регулирования свойств композиционных материалов.

По номенклатуре и широте использования доминируют композиционные материалы, представляющие собой гетерогенную систему (ГС), так как наполнитель обычно образует свою, собственную фазу, превращая однородную композицию в гетерофазную систему, состоящую из двух и более составных частей (фаз), резко различающихся по свойствам и химическому составу. Необходимым условием гетерогенности обычно считают наличие поверхностей раздела, на которых скачком изменяется одно или несколько свойств системы. Наличие поверхностей раздела позволяет провести четкую границу между гетерогенными и гомогенными (однородными) системами.

Из всех гетерогенных систем наибольшее распространение в микроэлектронике, электротехнике и СВЧ - электронике получили твердотельные гетерогенные системы. Это, прежде всего, электропроводящие полимерные композиционные материалы, стекла, керамика и наноструктурированные материалы.

Дальнейшее развитие в области создания композиционных материалов связано с применением в качестве наполнителя различных видов наноматериалов (наночастицы, нанопровода, квантовые точки и др.). Одним из перспективных объектов исследования для создания новых нанокомпозитных материалов являются углеродные нанотрубки, открытые в 1991 г. [11]. Нанотрубки представляют собой одну из аллотропных форм углерода в виде полосок графитовой плоскости свёрнутых в цилиндр. Фактически, нанотрубка это цилиндрическая макромолекула, типичный диаметр которой составляет 1-2 нм, при этом длина может достигать нескольких микрометров. Нанотрубки могут иметь различные диаметры и углы скручивания (углы хиральности). Углеродные нанотрубки сочетают в себе уникальные структурные, механические, электрические, термические свойства [12-14]. С этим связан огромный интерес исследователей к использованию углеродных нанотрубок в качестве наполнителя для композиционных материалов [15 - 19]. При этом использование углеродных нанотрубок в качестве наполнителя позволяет, существенно улучшить механические [20], электрические [21], термические [22] характеристики композиционных материалов.

Технология получения композитов с микро - и нановключениями и изучение их электрофизических свойств являются актуальной задачей, и вызывает повышенный интерес исследователей, в связи с возможностью решить некоторые насущные проблемы твердотельной электроники и радиофизики. Например, повышение диэлектрической проницаемости диэлектрика в конденсаторных элементах сверхвысокочастотных интегральных схем (СВЧ ИС), которое обусловлено требованиями уменьшения площади, занимаемой конденсаторными элементами ИС. Необходимый уровень диэлектрической проницаемости для обеспечения требуемой емкости при минимальных геометрических размерах обеспечивают многокомпонентные композитные соединения.

При измерениях параметров композитных материалов чаще всего применяются контактные методы, т. е. параметры таких материалов измеряют на постоянном или низкочастотном токе [23]. Измерения такими методами производятся при наличии контакта зонда с образцом. При использовании таких методов могут возникать характерные для них нежелательные явления, например, связанная с контактом инжекция носителей заряда в материал, возникновение контактной разности потенциалов, термоЭДС, которые приводят к трудноустранимым погрешностям при измерениях.

Достоинством бесконтактных методов, к которым, помимо прочих, относятся СВЧ - методы, является возможность проводить измерения, не разрушая материал и не изменяя его свойства [24].

Преимуществом СВЧ - измерений является возможность проводить с помощью одной измерительной установки и на одном образце определение нескольких параметров, измерение которых контактными методами требует создания различных установок и использования нескольких однотипных образцов. При использовании СВЧ- излучения для измерений становится возможным изучение зависимости тех или иных параметров от частоты. Бесконтактность методов открывает новые возможности для изучения анизотропных эффектов. Из-за возможности приложения сильных электрических полей без использования контактов СВЧ - методы могут быть применены для изучения кинетики разогрева носителей в электрическом поле, так как бесконтактность исключает инжекцию.

Актуальность измерений электрофизических параметров новых композитных материалов на основе диэлектрических матриц с углеродными или ферритовыми включениями с помощью СВЧ - методов связана с возможностью их практического применения, например, в различных областях СВЧ техники, в системах связи и спутниковой навигации, для создания широкополосных поглощающих покрытий [25] и для использований таких композиционных покрытий в технологии «Stealth».

В рамках настоящей работы были изготовлены композиционные материалы на основе эпоксидного клея с различными видами микро - и нановключений и исследовались их сверхвысокочастотные электрофизические характеристики.

С учетом вышесказанного была сформулирована цель диссертационной работы: определение сверхвысокочастотных параметров композитов с различной объемной концентрацией включений в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита, ферритовых микрочастиц и влияния на них внешних физических воздействий. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработка модели взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с композитным материалом, содержащим микро - и нановключения;

2. Разработка метода определения электрофизических параметров композитных материалов с различными видами включений путем решения обратной задачи по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с ними электромагнитного излучения и его экспериментальная реализация;

3. Определение влияния пространственной ориентации магнитных частиц ферритового наполнителя в объеме связующего на спектры отражения и прохождения электромагнитного излучения;

4.Определение влияния внешних физических воздействий входе изготовления композитного материала с углеродным наполнителем на его электрофизические свойства в СВЧ-диапазоне.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Экспериментально реализованы методы измерения электропроводности и диэлектрической проницаемости композитных материалов по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с ними электромагнитного излучения СВЧ - диапазона;

2. Разработана методика изготовления композитного материала с различной пространственной ориентацией магнитных микрочастиц ферритового наполнителя в объеме эпоксидного связующего;

3. Установлена зависимость величины периода сформированной пространственной структуры из ферритового наполнителя в объеме связующего от величины индукции магнитного поля;

4. Показано, что использование внешних физических воздействий, таких как давление, ультразвук, ультрафиолетовое излучение при создании композитного материала с различной объемной концентрацией включений в виде углеродных нанотрубок позволяет управлять его электрофизическими характеристиками.

Достоверность результатов диссертации обеспечивается качественным и количественным соответствием выводов теории основным результатам, полученным экспериментально, строгостью используемых математических моделей, корректностью упрощающих допущений, сходимостью вычислительных процессов к искомым решениям, выполнимостью предельных переходов к известным решениям. Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением стандартной измерительной аппаратуры, обработкой экспериментальных данных с использованием стандартных методов.

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

1. Реализован метод компьютерного моделирования спектров отражения и прохождения в СВЧ-диапазоне композитных материалов, содержащих углеродные микро - и нановключения;

2. Реализована возможность направленного изменения электрофизических параметров композитного материала с помощью воздействия на него ультразвука и давления при отверждении связующей матрицы;

3. Разработана программная реализация методов измерения электропроводности и диэлектрической проницаемости углеродного наполнителя в составе композитного материала по концентрационной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала в широком диапазоне их изменения.

На защиту выносятся следующие положения

1. По измеренным частотным зависимостям коэффициента отражения и прохождения электромагнитного излучения, взаимодействующего с композитным материалом в микрополосковой периодической структуре, в результате решения обратной задачи возможно определение диэлектрической проницаемости и электропроводности в широком диапазоне изменения их значений, как композитного материала в целом, так и входящих в состав композита углеродных нанотрубок;

2. Температурная зависимость электропроводности углеродных нанотрубок, входящих в состав композита в качестве наполнителя, характеризуется наличием двух участков с энергиями активации 1.5 эВ и 0.5эВ.

3. Существует время диспергирования наполнителя в виде углеродных нанотрубок в объёме эпоксидного клея при воздействии ультразвука, при котором достигается максимальная электропроводность композитного материала, для заданной концентрации наполнителя;

4.Действие магнитного поля на композитный материал с ферритовыми микровключениями в процессе его застывания приводит к формированию чередующихся нитей из феррита и значительному сдвигу «окна» прозрачности фотонного кристалла, в состав которого входит образец из композитного материала. Величина этого сдвига зависит от пространственной ориентации ферритовых нитей.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены на: XVII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2010" 12 — 15 апреля 2010 г.; 18 th International Conference on Microwaves, Radar & Wireless Communications (MIKON 2010), Vilnius, Lithuania, 14-16 June, 2010; IX Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Челябинск, 13-17 сентября 2010 г.; 20-ой международной Крымской конференции "СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2010). Севастополь, 13-17 сентября 2010 г.; III Международном конкурсе научных работ молодых ученых в области нанотехнологий, (Международный форум по нанотехнологиям «Rusnanotech-2010», Москва, 1 - 3 ноября 2010 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ [153159], в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК; 4 работы опубликованы в сборниках конференций.

Личный вклад автора выразился в участии в проведении всего объема экспериментальных работ, в создании теоретических моделей, описывающих результаты экспериментов, проведении компьютерного моделирования и анализе полученных результатов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы.

Основные результаты и выводы диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана модель, позволяющая описывать взаимодействие электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с композитным материалом с включениями в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита и ферритовых микрочастиц;

2. По концентрационной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала, в результате решения обратной задачи определены диэлектрическая проницаемость и электропроводность углеродного наполнителя в составе композита;

3. Определена температурная зависимость электропроводности углеродных нанотрубок в составе композитного материала, которая характеризуется наличием двух участков, соответствующих энергиям активации 1.5 эВ и 0.5эВ;

4. Показано, что существует время диспергирования наполнителя в виде углеродных нанотрубок в объёме эпоксидного клея при воздействии ультразвука, при котором достигается максимальная электропроводность композитного материала, для заданной концентрации наполнителя;

5. Показано, что наблюдается уменьшение периода пространственно упорядоченной структуры, состоящей из ферритовых микрочастиц в объеме эпоксидного связующего, от величины ориентирующего постоянного магнитного поля в процессе изготовления композитного материла;

6. Определено влияние пространственной ориентации магнитных частиц ферритового наполнителя в объеме эпоксидного связующего на спектры отражения и прохождения электромагнитного излучения, взаимодействующего с композитным материалом;

7. Показано, что обработка углеродных нанотрубок ультрафиолетовым излучением приводит к существенному уменьшению комплексной диэлектрической проницаемости композитного материала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. L. С. Hollawa, "The evolution of and the way forward for advanced polymer composites in the civil infrastructure" //Construction and Building Materials, 2003, vol. 17, is. 6-7, pp. 365-378.

2. A. Yilmaz and N. Degirmenci, "Possibility of using waste tire rubber and fly ash with Portland cement as construction materials" //Waste Management, 2009, vol. 29, is. 5, pp. 1541-1546.

3. P. Asokan, M. Osmani and A. D. F. Price, "Assessing the recycling potential of glass fibre reinforced plastic waste in concrete and cement composites" //Journal of Cleaner Production, 2009, vol. 17, is. 9, pp. 821-829.

4. J. Wang, Y.-X. Fan, J. Chen, B. Gu and H.-T. Wang, "Nonlinear properties of polyurethane-urea/multi-wall carbon nanotube composite films" //Optics & Laser Technology, 2010, vol. 42, is. 6, pp. 956-959.

5. J-P. Immarigeon, R. T. Holt, A. K. Koul, L. Zhao, W. Wallace and J. C. Beddoes, "Lightweight materials for aircraft applications" //Materials Characterization, 1995, vol. 35, is. 1, pp. 41-67.

6. Петров В. M. "Радиопоглощающие материалы" /В.М. Петров В.В. Гагулин //Неорганические материалы. 2001. Т. 37 №2, С. 135-141.

7. Врублевский JL Б. "Силовые резисторы"/ JI. Е. Врублевский, Ю. В. Зайцев, А. И. Тихонов //М.: Энергоатомиздат, 1991. С. 256.

8. Likharev, К. К. "Single-electron devices and their applications" //Proceedings of the IEEE. 1999. V. 87, No 4. P. 606—632.

9. Аморфные и поликристаллические полупроводники /под ред. В. Хейванга //М.: Мир, 1987. С. 160.

10. P. M. Ajayan, "Nanotubes from Carbon" //Chera. Rev. 1999, vol. 99, no. 7, pp. 1787-1799.

11. Szleifer, R. Yerashalmi-Rozen, "Polymers and carbon nanotubes — dimensionality, interactions and nanotechnology" //Polymer, 2005, vol. 46, pp. 7803-7818.

12. F. Li, H. M. Cheng, S. Bai, G. Su, and M. S. Dresselhaus, "Tensile strength of single-walled carbon nanotubes directly measured from their macroscopic ropes" //Appl. Phys. Lett., 2000, vol. 77, pp. 3161-3164.

13. C. Velasco-Santos, A. L. Martinez-Hernandez, V. M. Castano, "Carbon nanotube-polymer nanocomposites: The role of interfaces" //Composite Interfaces, 2005, vol. 11, no. 8-9, pp. 567-586.

14. M. Moniruzzaman and K. I. Winey, "Polymer Nanocomposites Containing Carbon Nanotubes" //Macromolecules, 2006, vol. 39, pp. 5194-5205.

15. K.-T. Lau, D. Hui, "The revolutionary creation of new advanced materials-carbon nanotube composites" //Composites: part B, 2002, vol. 33, pp. 263-277.

16. A. A. Mamedov, N. A. Kotov, M. Prato, D. M. Guldi, J. P. Wicksted and A. Hirsch, "Molecular design of strong single-wall carbon nanotube/poly-electrolyte multilayer composites" //Nat. Mater., 2002, vol. 1, pp. 190-195.

17. G. D. Zhan, J. D. Kuntz, J. Wan and A. K. Mukherjee, "Single-wall carbon nanotubes as attractive toughening agents in aluminabased nanocomposites" //Nat. Mater., 2003, vol. 2, pp. 38-41.

18. A. Allaoui, P. Evesque, J. B. Bai "Effect of aging on the reinforcement efficiency of carbon nanotubes in epoxy matrix"//J. Mater. Sci., 2008, vol. 43, pp. 5020-5022.

19. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х книгах. Кн. 1. Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1986. 352 с.

20. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Абрамов A.B. Боголюбов A.C., Куликов М.Ю., Пономарев Д.В. Микрополосковые фотонные кристаллы и их использование для измерения параметров жидкостей // ЖТФ. 2010. Т. 80. В. 8. С. 143-148.

21. В. Сарафанов "„Искусственные" диэлектрики" //УФН, 1954, Т. 5 ,С. 53.

22. Kelly J. М., Stenoien J.O., Isbell D. Е. "Wave-Guide Measurements in the Microwave Region on Metal Powders Suspended in Paraffin Wax" //J. Appl. Phys., 1953, vol. 24, no. 3, pp. 258-262.

23. Бранд А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: Изд-во физ.-мат. лит., 1963. 403 с.

24. L. F. Chen, С. К. Ong, С. P. Neo, V.V. Varadan and V.K. Varadan, Microwave Electronics: Measurement and Materials Characterization // John Wiley& Sons, Ltd. The Atrium, Southern Gate, Chichster, West Sussex P019 8SQ, England, 2004, pp. 537.

25. D. Micheli, C. Apollo, R. Pastore, M. Marchetti. "X-Band microwave characterization of carbon-based nanocomposite material, absorption capability comparison and RAS design simulation" //Composites Science and Technology 2010, vol. 70 pp. 400-409.

26. D.D.L. Chung, "Comparison of submicron-diameter carbon filaments and conventional carbon fibers as fillers in composite materials" //Carbon, 2001, vol. 39, pp. 1119-1125.

27. Y. Yang and M. C. Gupta, "Novel carbon nanotube-polystyrene foam composites for electromagnetic interference shielding" //Nano Letters, 2005, vol. 5, no. 11, pp. 2131-2134.

28. N. C. Das, S. Maiti, "Electromagnetic interference shielding of carbon nanotube/ ethylene vinyl acetate composites" //Journal Material Science, 2008, vol. 43, pp. 1920-1925.

29. N. Li, Y. Huang, F. Du, X. He, X. Lin, H. Gao, Y. Ma, F.Li, Y.Chen, and P. C. Eklund, "Shielding of Single-Walled Carbon Nanotube Epoxy Composites" //Nano Letters, 2006, vol.6, no. 6, pp. 1141-1145.

30. Y .L. Yang, M. C. Gupta, K. L. Dudley, R. W. Lawrence, "Novel carbon nanotube-polystyrene foam composites for electromagnetic interference shielding" //Nano Letters, 2005, vol. 5, pp. 2131-2134.

31. Y. Huang, N. Li, Y. Ma, F. Du, F. Li, X. He, X. Lin, Ho. Gao, Y.Chen, "The influence of single-walled carbon nanotube structure on the electromagnetic interference shielding efficiency of its epoxy composites"//Carbon, 2007, vol.45, pp. 1614-1621.

32. M. H. Al-Saleh, U. Sundararaj, "Electromagnetic interference shielding mechanisms of CNT/polymer composites"//Carbon, 2009, vol. 47, pp. 1738— 1746.

33. Z. Liu, G. Bai, Y. Huang, Y. Ma, F. Du, F. Li, T. Guo, Y. Chen, "Reflection and absorption contributions to the electromagnetic interference shielding of single-walled carbon nanotube/polyurethane composites'7/Carbon, 2007, vol. 45, pp. 821-827.

34. D.-L. Zhao, X. L., Z.-M. Shen, "Microwave absorbing property and complex permittivity and permeability of epoxy composites containing Ni-coated and Ag filled carbon nanotubes" //Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, pp. 2902-2908.

35. K.-Y. Park, J.-H. Han, S.-B. Lee, J.-B. Kim, J.-W.Yi, S.-K. Lee, "Fabrication and electromagnetic characteristics of microwave absorbers containing carbon nanofibers and NiFe particles'V/Composites Science and Technology, 2009, vol. 69, pp. 1271-1278.

36. J. Lianga, Y. Wang, Y. Huang, Y. Ma, Z. Liu, J. Cai, C. Zhang, H. Gao, Y. Chen, "Electromagnetic interference shielding of graphene/epoxy composites" //Carbon , 2009, vol. 47, pp. 922-925.

37. F. Nanni, P. Travaglia, M. Valentini, "Effect of carbon nanofibres dispersion on the microwave absorbing properties of CNF/epoxy composites" //Composites Science and Technology, 2009, vol. 69, pp. 485^190.

38. Y. S. Song, J. R. Youn, "Influence of dispersion states of carbon nanotubes on physical properties of epoxy nanocomposites" //Carbon, 2005, vol. 43, pp. 1378-1385.

39. Erik T. Thostenson, T.-W. Chou, "Processing-structure-multi-functional property relationship in carbon nanotube/epoxy composites" //Carbon, 2006, vol. 44, pp. 3022-3029.

40. P.-C. Ma, N. A. Siddiqui, G. Marom, J.-K. Kim, "Dispersion and functionalization of carbon nanotubes for polymer-based nanocomposites: A review" //Composites: Part A , 2010, vol. 41, pp. 1345-1367.

41. K.L. Lu, R.M. Lago, Y.K. Chen, M.L.H. Green, P.J.F. Harris, S.C. Tsang, "Mechanical damage of carbon nanotubes by ultrasound" //Carbon, 1996, vol. 34, pp. 814-816.

42. K. Mukhopadhyay, C.D. Dwivedi, G.N. Mathur. "Conversion of carbon nanotubes to carbon nanofibers by sonication" //Carbon, 2002, vol. 40, pp. 1373-1376.

43. A.I. Isayev, R. Kumar, T. M. Lewis, "Ultrasound assisted twin screw extrusion of polymer-nanocomposites containing carbon nanotubes" //Polymer, 2009, vol. 50, pp. 250-260.

44. M. Ferrara, H.-C. Neitzert, M. Sarno, G. Gorrasi, D. Sannino, V. Vittoria, P. Ciambelli, "Influence of the electrical field applied during thermal cycling on the conductivity of LLDPE/CNT composites"// Physica E, 2007, vol. 37 pp. 66-71.

45. E. Camponeschi, R. Vance, M. Al-Hailc, H. Garmestani, R. Tannenbaum, "Properties of carbon nanotube-polymer composites aligned in a magnetic field'V/Carbon, 2007, vol. 45 pp.2037-2046.

46. Y. Park, S.-E. Lee, C.-G. Kim, J.-H. Han, "Fabrication and electromagnetic characteristics of electromagnetic wave absorbing sandwich structures" //Composites Science and Technology, 2006, vol. 66, pp. 576-584.

47. Z. Chu, H. Cheng, Y. Zhou, Q. Wang, J. Wan, "Anisotropic microwave absorbing properties of oriented SiC short fiber sheets" //Materials and Design, 2010, vol.31, pp. 3140-3145.

48. W. Xie, H.F. Cheng, Z.Y. Chu, et al. "Preparation and microwave absorbing properties of hollow carbon fibers" //Journal of Central South University of Technology, 2007, vol. 14(s2), pp.112-5.

49. W. Xie, H.-F. Cheng, Z.-Y. Chu, Y.-J. Zhou, H.-T. Liu, Z.-H. Chen. "Effect of FSS on microwave absorbing properties of hollow-porous carbon fiber composites'V/Materials and Design, 2009, vol. 30, pp. 1201-1204.

50. N. Zhao, T. Zou, C. Shi, J. Li, W. Guo, "Microwave absorbing properties of activated carbon-fiber felt screens (vertical-arranged carbon flbers)/epoxy resin composites" //Materials Science and Engineering B, 2006, vol. 127 pp. 207— 211.

51. B. K. Sharma, N. Khare , R. Sharma, S.K. Dhawan, V.D. Vankar, H.C. Gupta, "Dielectric behavior of polyaniline-CNTs composite in microwave region" //Composites Science and Technology, 2009, vol. 69, pp. 1932-1935.

52. B. E. Мурадян, E. А. Соколов, С. Д. Бабенко, А. П. Моравский "Диэлектрические свойства композитов, модифицированных углеродными наноструктурами, в микроволновом диапазоне" //Журнал технической физики, 2010, том 80, вып. 2, С. 83-87.

53. Т.К.Н. Starke С. Johnston and P.S. Grant. "Evolution of percolation properties in nanocomposite films during particle clustering"// Scripta Materialia, 2007, vol. 56, pp. 425-428.

54. Bruggeman D. A. G. "Berechung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen" //Annalen der Physik. (Leipzig) 1935, F. 5, B. 24, H. 8, 636-679.

55. J.-B.Kim, S.-K. Lee, C.-G. Kim. "Comparison study on the effect of carbon nano materials for single-layer microwave absorbers in X-band" //Composites Science and Technology, 2008, vol. 68 pp. 2909-2916.

56. T. Zou, H. Li, C. Shi. "Electrromagnetic and microwave absorbing properties of milti-walled carbon nanotubes filled with Ni nanowire" //Journal of Alloys and Compounds, 2010, vol.496 pp. L22- L24.

57. X. G. Liu, B. Li, D.Y. Geng, W. B. Cui, F. Yang, Z.G. Xie, D. J. Kang, Z. D. Zhang. " (Fe,Ni)/C nanocapsules for electromagnetic-wave-absorber the whole Ku-band" //Carbon, 2009, vol. 47, pp.470-474.

58. X. Luo, D.D.L. Chung, "Electromagnetic interference shielding using continuous carbon-fiber carbon-matrix and polymer-matrix composites" //Composites: Part B, 1999, vol. 30, pp. 227 231.

59. Z. Fan, G. Luo, Z. Zhang, L. Zhou, F. Wei. "Electromagnetic and microwave absorbing properties of multi-walled carbon nanotubes/polymer composites" //Materials Science and Engineering: Part B, 2006, vol. 132 pp.85-89.

60. W.-Sh. Jou, H.-Z. Cheng, Ch.-F. Hsu, "The electromagnetic shielding effectiveness of carbon nanotubes polymer composites" //Journal of Alloys and Compounds, 2007, V. 434-435, pp. 641-645.

61. J. Wu, D.D.L. Chung, "Increasing the electromagnetic interference shielding effectiveness of carbon fiber polymer-matrix composite by using activated carbon fibers'V/Carbon, 2002, vol. 40, pp. 445-467.

62. Z. Hong, Z. Lan, Z. Lizi, S. Yuan, H. Yi, Z. Yongming, "Electromagnetic absorption properties of Sn-filled multi-walled carbon nanotubes synthesized by pyrolyzing'V/Materials Letters, 2010, vol. 64, pp. 227-230.

63. J. S. Im, J. G. Kim, Y.-S. Lee, "Fluorination effects of carbon black additives for electrical properties and EMI shielding efficiency by improved dispersion and adhesion "//Carbon, 2009, vol. 47, pp. 2640 2647.

64. J. Li, J.K. Kim, M.L. Sham, "Conductive graphite nanoplatelet/epoxy nanocomposites: effects of exfoliation and UY/ozone treatment of graphite" //Scripta Mater, 2005, vol. 53, pp. 235-240.

65. J. Li, M. L. Sham, J.-K. Kim, G. Marom, "Morphology and properties of UV/ozone treated graphite nanoplatelet/epoxy nanocomposites" //Composites Science and Technology, 2007, vol. 67, pp. 296-305.

66. S. Chung, S. Park, I. Lee, H. Jeong, D.Cho, "A study on microreplication of real 3D-shape structures using elastomeric mold: from pure epoxy to composite based on epoxy" //Int. J. Mach. Tool. Manuf. 2004, vol. 44, pp. 147-54.

67. M. Li, M. Boggs, T. P. Beebe, C.P. Huang, "Oxidation of single-walled carbon nanotubes in dilute aqueous solutions by ozone as affected by ultrasound" //Carbon, 2008, vol. 46, pp. 466-475.

68. C.-S. Zhang, Q.-Q. Ni, S.-Y. Fu, K. Kurashiki, "Electromagnetic interference shielding effect of nanocomposites with carbon nanotube and shape memory polymer" //Composites Science and Technology, 2007, vol. 67, pp. 2973-2980.

69. R. R. Wheeler, J. E. Atwater, "Microwave permittivity and dielectric relaxation of a high surface area activated carbon" //Journal Applied Physics, Part A, 2004, vol. 79, pp. 125-129.

70. W.-L. Song, M.-S. Cao, Z.-L. Hou, J. Yuan and X.-Y. Fang, "High-temperature microwave absorption and evolutionary behavior of multiwalled carbon nanotube nanocomposite" //Scripta Materialia, 2009, vol. 61, pp. 201204.

71. J.W.G. Wildoer, L.C. Venema, A.G. Rinzler, R.E. Smalley, С Dekker, "Electronic structure of atomically resolved carbon nanotubes" //Nature, 1998, vol. 391, pp.59 -62.

72. N. Hamada, S. Sawada, A. Oshiyama, "New one-dimensional conductors: graphitic microtubules" //Phys. Rev. Lett., 1992, vol. 68, is. 10 pp. 1579-1581.

73. J.W. Mintmire, B.I. Dunlap, C.T. White, "Are fullerene tubules metallic" //Phys. Rev. Lett., 1992, vol. 68, is. 5, pp. 631-634.

74. Y. Zhao, X.J. Wang, C.C. Ma, G.H. Chen, "Absorption-spectral features of single-walled carbon nanotubes" //Chem. Phys. Lett., 2004, vol. 387, is. 1-3, pp. 149-154.

75. A. N. Lagarkov, K. N. Rozanov. "High-frequency behavior of magnetic composites" //Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2009, vol. 321, pp. 2082 -2092.

76. Гуревич А. Г. Ферриты на сверхвысоких частотах, M-JL: Физматгиз, 1960, С. 409.

77. Микаэлян A. JI. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, 663 с.

78. Н. Zhao, X. Sun, С. Мао, J. Du, "Preparation and microwave-absorbing properties of NiFe204 -polystyrene composites" /Physica: Part B, 2009, vol. 404, pp. 69-72.

79. J.C. Aphesteguy, Abel Damiani, Dalmas DiGiovanni, S.E. Jacobo. "Microwave-absorbing characteristics of epoxy resin composites containing nanoparticles of NiZn- and NiCuZn-ferrites" /Physica: Part B, 2009, vol. 404, pp. 2713-2716.

80. Kulkami D.C., Patil S.P., P. Vijaya, "Properties of NixZn(1.x)Fe204 thick films at microwave frequencies" /Microelectronics Journal, 2008, vol. 39, pp. 248-252.

81. P. Singh, V.K. Babbar, A. Razdan, S.L. Srivastava, T.C. Goel, "Microwave absorption studies of Ca-NiTi hexaferrite composites in X-band" /Materials Science and Engineering: Part B, 2000, vol. 78, pp. 70- 74.

82. Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур: монография /А. Г. Ткачев, И.В. Золотухин. М.: "Издательство Машиностроение-1", 2007.-316 с.

83. Чернин И.З., Смехов Ф.М., Жердев Ю.В. Эпоксидные полимеры и композиции М.: Химия, 1982, 230 с.

84. Иржак В. И., Розенберг Б. А., Ениколопян Н. С. Сетчатые полимеры. Синтез, структура, свойства. М., Наука, 1979. 248 С.

85. H.W. Goh, S.H. Goh, G.Q. Xu, K.P. Pramoda, W.D. Zhang, "Dynamic mechanical behavior of in situ functionalized multi-walled carbon nanotube/phenoxy resin composite" //Chemical Physics Letters, 2003, vol. 373, pp. 277-283.

86. T. Ramanathan, F. T. Fisher, R. S. Ruoff, L. C. Brinson, "Amino-Functionalized Carbon Nanotubes for Binding to Polymers and Biological Systems" //Chem. Mater. 2005, vol. 17, pp. 1290-1295.

87. S. Banerjee, T. Hemraj-Benny, S. S. Wong, "Covalent Surface Chemistry of Single-Walled Carbon" //Advance Materials, 2005, vol. 17, is. 1, pp. 17-29.

88. Y. Liao, O. Marietta, Z. Liang, C. Zhang, B. Wang, "Investigation of the dispersion process of SWNTs/SC-15 epoxy resin nanocomposites" //Material science and engineering: Part A, 2004, vol. 385, pp. 175-181.

89. J. D. Fidelus, E. Wiesel, F. H. Gojny, K. Schulte, H. D. Wagner, "Thermo-mechanical properties of randomly oriented carbon/epoxy nanocomposites" //Composites: Part A, 2005, vol. 36, pp. 1555-1561.

90. Y. S. Song, J. R. Youn, "Influence of dispersion states of carbon nanotubes on physical properties of epoxy nanocomposites" //Carbon, 2005, vol. 43, pp. 1378-1385.

91. M. J. Biercuk, M. С. Llaguno, М. Radosavijevic, J. К. Hyun, A. Т. Johnson, "Carbon nanotube composites for thermal management" //Applied Physics Letters, 2002, vol. 80, pp. 2767-2769.

92. P. M. Ajayan and J.M. Tour, "Nanotube composites" //Nature, 2007, vol. 447, pp. 1066-1068.

93. S. Wong, E. Joselevich, A. Woolley, C. Cheung, C. Lieber, "Covalently functionalized nanotubes as nanometre-sized probes in chemistry and biology" //Nature, 1998, vol. 394, pp. 52-55.

94. K. Mylvaganam and L. C. Zhang. "Fabrication and Application of Polymer Composites Comprising Carbon Nanotubes" //Recent Patents on Nanotechnology, 2007, vol. 1, pp. 59-65.

95. Y.-T. Liu, W. Zhao, Z.-Y. Huang, Y.-F. Gao, X.-M. Xie, X.-H. Wang, X.-Y. Ye, "Noncovalent surface modification of carbon nanotubes for solubility in organic solvents" //Carbon, 2006, vol. 44, pp. 1581-1616.

96. A. Star, J.F. Stoddart, D. Steuerman, M. Diehl, A. Boukai, E.W. Wong, et al. "Preparation and properties of polymer-wrapped single-walled carbon nanotubes" //Angew. Chem. Int. Ed. 2001, vol. 40, pp. 1721-1725.

97. J. Chen, H. Liu, W.A. Weimer, M.D. Halls, D.H. Waldeck, G.C. Walker, "Noncovalent engineering of carbon nanotube surfaces by rigid, functional conjugated polymers" // J. Am. Chem. Soc. 2002, vol. 124, pp. 9034-9035.

98. P. Petrov, F. Stassin, C. Pagnoulle, R. Jerome, "Noncovalent functionalization of multi-walled carbon nanotubes by pyrene containing polymers"// Chem. Commun. 2003, vol. 17, pp. 2094-2095.

99. Усанов Д. А., Скрипаль Ал. В., Скрипаль Ан. В., Абрамов А. В. Видеотехнологии автоматизированного контроля: Учеб. пособие для студентов физ. фак. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2001. - 96 с.

100. Ткачев А. Г., Мищенко С. В., Коновалов В. И. Каталитический синтез углеродных нанотрубок из газофазных продуктов пиролиза углеводородов //Российские нанотехнологии, 2007,Т. 2,№ 7-8, С. 100-108.

101. S.C. Lyu, H.W. Kim, S. J. Kim, J. W. Park, C. J. Lee, "Synthesis and crystallinity of carbon nanotubes produced by a vapor-phase growth method" //J.Appl. Phys.: Part A, 2004, vol. 79, pp. 697-700.

102. Dresselhaus M. S., Dresselhaus G., Eklund P. C. "Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes'V/Academic Press, 1996, pp. 129-142.

103. А. В. Елецкий "Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства" //УФН, 2002, Т. 172, № 4, С. 401 438.

104. Meyer J.C, Ferrari А.С., Scardaci V., Casiraghi С., Lazzeri M., Mauri F., Piscanec S., Jiang D., Novoselov K. S., Roth S., and Geim A. K. "Raman Spectrum of Graphene and Graphene Layers" //Physical Review Letters, 2006, vol. 97, pp. 187401-187404.

105. Kataura, H.; Kumazawa, Y.; Maniwa, Y.; Umezu, I.; Suzuki, S.; Ohtsuka, Y.; Achiba, Y. "Optical properties of single-wall carbon nanotubes" //Synth. Met, 1999, vol. 103, pp. 2555-2558.

106. Maultzsch, J.; Telg, H.; Reich, S.; Thomsen, C. "Radial breathing mode of single-walled carbon nanotubes: Optical transition energies and chiral-index assignment" //Phys. Rev.: Part B, 2005, vol. 72, is. 20, pp. 205438-205453.

107. Telg, H.; Maultzsch, J.; Reich, S.; Thomsen, C. "Resonant-Raman intensities and transition energies of the Ell transition in carbon nanotubes" //Phys. Rev.: Part B, 2006, vol. 74, is. 11, pp. 115415-115419.

108. Bachilo S. M., Strano M. S., Kittrell C., Hauge R. H., Smalley R. E., Weisman R. В., "Structure-Assigned Optical Spectra of Single-Walled Carbon Nanotubes" //Science, 2002, vol. 298, pp. 2361-2366.

109. J. G. Duque, M. Pasquali, H. K. Schmidt. "Antenna Chemistry with Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes" //J. AM. CHEM. SOC., 2008, vol. 130, pp. 15340-15347.

110. Bahr, J. L.; Mickelson, E. Т.; Bronikowski, M. J.; Smalley, R. E.; Tour, J. M. "Dissolution of Small Diameter Single-Wall Carbon Nanotubes in Organic Solvents" //Chem. Commun., 2001, vol. 2, pp. 193-194.

111. R. В Weisman, S. M. Bachilo, "Dependence of optical transition energies on structure for single-walled carbon nanotubes in aqueous suspension: An empirical Kataura plot"//Nano Letters, 2003, vol. 3, pp. 1235-1238.

112. H. Qiu, Y. Maeda, and T. Akasaka, "Facile and Scalable Route for Highly Efficient Enrichment of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes" //J. AM. CHEM. SOC., 2009, vol. 131, pp. 16529-16533.

113. Казицына Л. А. и Куплетская H. Б. Применение УФ -, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1971, 264 с.

114. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств /С. И. Бахарев, В. И. Вольман, Ю. Н. Либ и др.; Под ред. В. И. Вольмана.-М.: Радио и связь, 1982, 383 С.

115. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. -М.: Радио и связь, 1987. 428 С.

116. Yablonovitch Е., Gimitter T.J., Meade R.D. et al., "Donor and acceptor modes in photonic band structure" //Phys. Rev. Lett., 1991, vol. 67, no. 24, pp. 3380-3383.

117. Kuriazidou C.A., Contopanagos H.F., Alexopolos N.G. "Monolithic waveguide filters using printed photonic-bandgap materials" //IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 2001, vol. 49, no. 2, pp. 297-306.

118. Tae-Yeoul and Kai Chang. "Uniplanar one-dimensional photonic-bandgap structures and resonators" //IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 2001, vol. 49, no. 3, pp. 549-553.

119. Гуляев Ю. В., Никитов С. А. "Фотонные и магнитофотонные кристаллы новая среда для передачи информации" //Радиотехника. 2003, №8, С. 2630.

120. Беляев Б.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. "Исследование микрополосковых аналогов полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах" //Радиотехника и электроника, 2006, Т. 51, №6,С. 694-701.

121. Малорацкий JI. Г., Явич Л. Р. Проектирование и расчет СВЧ -элементов на полосковых линиях, М.: Советское радио, 1972, 232 с.

122. Головань Л.А., В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров, "Оптические свойства нанокомпозитов на основе пористых систем" //УФН, 2007, Т. 177, № 6, С. 619-622.

123. Maxwell-Garnett J. С., "Colours in metal glasses and in metallic films" //Philos. Transactions of the Royal Society. London. Ser. A, 1904, vol. 203, pp.385-420.

124. Наполнители для полимерных композиционных материалов. Спр. пособие / Под ред. Г.С. Каца и Д. В. Милевски. М.: Химия, 1981, 736 с.

125. Ландау Л.Д. Лившиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2003, 656 с.

126. Birchack J.R., Gardner C.G., Hipp J.E. and Victor J.M. "High Dielectric Constant Microwave Probes for Sensing Soil Moisture" //Proc. IEEE., 1974, vol. 62, pp. 93-98.

127. M.A. Коржавчиков. "Численное моделирование диэлектрических свойств увлажненных дисперсных систем" //Вестник РГРТУ, 2008, № 3 (выпуск 25), С. 59-65.

128. К. Lichtenecker "Die dielectrizitätkonstante natürlicher und Künstlicher Mischkörper'V/Physikalische Zeitschrift, 1926, B. 27, H.4, 115-158.

129. Ari Sihvola, "Mixing Rules with Complex Dielectric Coefficients" //Subsurface Sensing Technologies and Applications, 2000, vol. 1, no. 4, pp.393-415.

130. O. Wiener, "Zur theorie der refraktionskonstanten Berichteüber" //Die Verhandlungen Königlich-Sächsischen Gesellschaft der Wisseschaften zu Leipzig, 1910, B. 62, H. 5, 256-277.

131. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Романов А. В., Электрофизические свойства композитов с включениями в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита и ферритовых микрочастиц // Известия вузов. Электроника. 2010. № 5(85). С. 45-52.

132. А. Г. Ткачев, И. В. Золотухин, Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур, М.: "Издательство Машиностроение-1", 2007, С.-316.

133. J. Suave, L. A.F. Coelho, S.C. Amico, S. H. Pezzin. "Effect of sonication on thermo-mechanical properties of epoxy nanocomposites with carboxylated-SWNT" //Materials Science and Engineering. A, 2009, vol. 509, pp. 57-62.

134. Md. E. Kabir, M.C. Saha, S. Jeelani, Effect of ultrasound sonication in carbon nanofibers/polyurethane foam composite// Materials Science and Engineering: Part A, 2007, vol. 459, pp. 111-116.

135. G. Y. Li, P. M. Wang, X. Zhao "Pressure-sensitive properties and microstructure of carbon nanotube reinforced cement composites" //Cement & Concrete Composites, 2007, vol. 29, pp. 377-382.

136. P. Wang, S.n Geng, T. Ding. "Effects of carboxyl radical on electrical resistance of multi-walled carbon nanotube filled silicone rubber composite under pressure" //Composites Science and Technology, 2010, vol. 70, pp. 1571-1573.

137. M. Knite, V. Tupureina, A. Fuith, J. Zavickis, V. Teteris, "Polyisoprene— multi-wall carbon nanotube composites for sensing strain" //Materials Science and Engineering C, 200, vol. 27, pp. 1125-1128.

138. Tombler TW. "Coupled electro-mechanical behavior of carbon nanotubes" //Nature, 2000, vol. 405, pp. 769-772.

139. Park M, Kim H, Youngblood JP. "Strain-dependent electrical resistance of multiwalled carbon nanotube/polymer composite films" //Nanotechnology, 2008, vol. 19(5), pp. 055705.

140. X. Li, Y. Gao, F. Liu, J. Gong, L. Qu, "Synthesis of polyaniline/Ag composite nanospheres through UV rays irradiation method" //Materials Letters, 2009, vol. 63, pp. 467^169.

141. E. Najafi, J.-Y. Kim, S.-H. Han, K. Shin, "UV-ozone treatment of multiwalled carbon nanotubes for enhanced organic solvent dispersion" //Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2006, vol. 284-285, pp. 373-378.

142. M.-L. Sham, J.-K. Kim, "Surface functionalities of multi-wall carbon nanotubes after UV/Ozone and TETA treatments" //Carbon, 2006, vol. 44, pp.768-777.

143. J. Li, J.-K. Kim, M. L. Sham, "Conductive graphite nanoplatelet/epoxy nanocomposites: Effects of exfoliation and UV/ozone treatment of graphite" //Scripta Materialia, 2005, vol. 53, pp. 235-240.

144. R. J. Chen, N. R. Franklin, J. K., J. Cao, T. W. Tombler, Y. Zhang, and H. Dai, "Molecular photodesorption from single-walled carbon nanotubes" //Applied Physics Letters, 2001, vol. 79, no. 14, pp. 2258-2260.

145. M. Shim, G.P. Siddons. "Photoinduced conductivity changes in carbon nanotubes transistors" //Applied Physics Letters, 2003, vol. 83, pp. 3564-3566.

146. R. Ma, D. Yoon, K.-Y.Chun, S. Baik, "The effects of UV/ozone treatments on the electrical transport behavior of single-walled carbon nanotube arrays" //Chemical Physics Letters, 2009, vol. 474, pp. 158-161.