Пошук академічних текстів

Інформація × Реєстраційний номер 0824U002787, Дисертація доктора філософії На здобуття Доктор філософії Дата захисту 15-08-2024 Статус Захищена Назва роботи Нанокомпозити з підвищеною вогнезахисною ефективністю для сенсорної електроніки Здобувач Жиденко Ілля Володимирович, Керівник Клим Галина Іванівна Опонент Луньов Сергій Валентинович Опонент Ціж Богдан Романович Рецензент Кулик Володимир Володимирович Рецензент Микитюк Зіновій Матвійович Опис Дисертація присвячена розв’язанню актуального науково-технічного завдання з експериментального дослідження та моделювання нанокомпозитів з підвищеною вогнезахисною ефективністю для сенсорної електроніки. Вона включає комплексне вивчення фізико-хімічних аспектів одержання нанокомпозитів, аналіз технологічних параметрів для досягнення максимальної термічної стійкості та оптимальних електричних властивостей. Дисертація також охоплює використання комп’ютерного моделювання для прогнозування поведінки матеріалів під впливом зовнішніх фізичних полів, а також для розробки методик оцінки перспектив підвищення вогнестійких властивостей та розширення функціональних застосувань композитних матеріалів з додаванням вуглецевих нанотрубок в умовах експлуатації. У першому розділі проведено літературних огляд щодо технологій одержання нанокомпозитів, методологій їх одержання. Показано, що додавання нанорозмірних елементів наповнення, таких як наночастинки, нанотрубки, у діелектричну матрицю дозволяє синтезувати матеріали з істотно покращеними фізичними властивостями. Попри значний об’єм досліджень у цій області, проблема вогнетривкості цих матеріалів до кінця не вивчена і потребує додаткових досліджень. У другому розділі представлено особливості одержання нанокомпозитів в вмістом одно- та багатостінкових нанотрубок, а також експериментальні методики їх дослідження та теотеричні моделі для комп’ютерних симуляцій. Описано методологію, а також програмно-апаратне забезпечення для електричної характеризації нанокомпозитів. Проаналізовано специфіку постановки експериментів методами імпеданс-спектроскопії, підходи до опрацювання одержаних спектрів імпедансу у рамках різних алгоритмів, процедуру відбору та аналізу результатів, специфіку моделювання експериментальних спектрів методами еквівалентних кіл. Представлено запропоновану методику вимірювання термічних властивостей полімерів з домішками вуглецевих нанотрубок. У третьому розділі представлено результати теоретичних досліджень нанокомпозитів, сформованих додаванням нанорозмірних елементів наповнення (нанотрубок) у діелектричну матрицю. Запропонована система чисельного моделювання нанотрубок у діелектричному середовищі, яка дозволяє параметризацію властивостей та візуалізацію результатів з використанням різних формалізмів опису електропровідності. Модель враховує ефект тунельної провідності, що має значний вплив на електричні взаємодії між нанорозмірними об’єктами. Симуляції доводять можливість контролю над орієнтацією нанотрубок у гібридних композитах за допомогою зовнішніх полів, таким чином, вказуючи на можливість динамічного керування їхніми електричними властивостями. Шляхом розрахунків для моделі показано, що при відстані тунелювання у межах 1,5-3 нм провідність нанокомпозиту досягає 50 См/м при об’ємній концентрації нанотрубок 2%. Збільшення відношення довжини нанотрутрубок до діаметра до 120, дозволяє досягнути провідності 90 См/м при концентрації не більшій за 0,05%. У четвертому розділі представлено результати експериментальних досліджень властивостей нанокомпозитів. Для експериментів та оцінки можливостей практичного застосування формувалися композитні наноструктури «полімер – одностінкові вуглецеві нанотрубки» та «полімер – багатостінкові вуглецеві нанотрубки». Показано, що агрегація нанотрубок усередині полімеру більше властива композитам на основі багатостінкових нанотрубок. Проведено комплексне дослідження змін електричного опору одержаних нанокомпозитних структур від температури, частоти прикладеної змінної напруги та дози поглинутого бета- та гамма-випромінювання. Показано, що додавання нанотрубок до полімеру підвищує електропровідність та покращує чутливість до радіаційного впливу. Показано, що радіаційні дефекти, які створюються після поглинання дози випромінювання, призводять до створення рівнів захоплення, що вивільняються і дають внесок у електропровідність нанокомпозитів у межах температур 230–260 К. Досліджено термічні властивості нонокомпозитів, які визначають їх вогнестійкість. Визначено, що ступінь диспергування нанотрубок у полімерній матриці відіграє значну роль у регулюванні вогнезахисної ефективності нанокомпозитів. Для теплового профілю зразків з часом диспергування нанотрубок 2 год характерною є пікова різниця температур у 55 оС, тоді як для зразків з часом диспергування нанотрубок 1 год така різниця не перевищує 50 оС. На основі порівняльного аналізу динаміки передачі тепла оцінено, що збільшення часу диспергування на 1 год покращує вогнетривкість на 15%. Встановлено вплив типу та концентрації нанотрубок з чистотою понад 95% на термічні характеристики полімерних нанокомпозитів. Оптимальний концентраційний діапазон для досягнення покращеної термічну стабільність та теплопровідності має межі 1,5-2,5%, а заміна одностінкових вуглецевих нанотрубок на багатостінкові при інших ідентичних умовах покращує вогнетривкість кінцевого нанокомпозиту орієнтовно на 25%. Дата реєстрації 2024-07-30 Додано в НРАТ 2024-07-30 Закрити