КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-72-10071

НазваниеРазработка и исследование новых композиционных материалов "полимер/наноуглерод/феррит" для развития 5G-технологий

РуководительТруханов Алексей Валентинович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", г Москва

Срок выполнения при поддержке РНФ 07.2019 - 06.2022 

КонкурсКонкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-207 - Магнитные явления

Ключевые словакомпозиционные материалы, ферриты, наноструктурированные производные углерода, поглощение ЭМИ, 5G-технологии

Код ГРНТИ47.09.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Целью данного проекта является разработка физических основ создания новых многокомпонентных композитных материалов (КМ) типа "полимер/наноуглерод/феррит" с использованием в качестве наполнителей полимерной матрицы наночастиц углеродных производных различной морфологии и магнитодиэлектриков (замещенные гескафериты бария в М-типа Ba(Fe1-xDIx)12O19 где DI^3+, ^2+ и ^4+; x<0,1) для эффективного управления электромагнитными характеристиками КМ при взаимодействии с электромагнитным излучением (ЭМИ) в коротковолновой части электромагнитного спектра. Также на основе детального теоретического и экспериментально исследований установить взаимосвязь между методами синтеза, структурой, фазовым составом углеродной компоненты и гексаферритовых наночастиц, характером их пространственного распределения в КМ и их магнитными/электродинамическими характеристиками. Путем варьирования типа и морфологии как магнитного, так и углеродного компонента наполнителя в полимерной матрице будут разработаны материалы с заданными поглощающими характеристиками, такими, как положение (fmin или резонансная частота), ширина (Δfmin) и глубина (RLmin или амплитуда резонанса) полосы поглощения ЭМИ в интервале частот 10-60 ГГц (диапазон развивающейся сети 5G-коммуникации). Установление оптимального относительного содержания углеродного и магнитного компонентов в КМ, выбор морфологии углеродного компонента обеспечат достижение максимального поглощения и ширины полосы поглощения и управляемое положения частоты поглощения ЭМИ (fmin) за счет использования углеродных нанотрубок, графитовых нанопластинок, и замещенных гексагональных ферритов М типа Ba(Fe1-xDIx)12O19 (DI^3+, ^2+ и ^4+;; x<0,1) с замещением железа ионами-заместителями DI как гибридных наполнителей КМ, проявляющие в комплексе синергетический эффект. Предыдущие исследования полимерных КМ на основе эпоксидных матриц с наноразмерными углеродными наполнителями показали, что они обладают высокой электро- и теплопроводностью, хорошими механическими характеристиками и значительной эффективностью экранирования микроволнового излучения [1-3], что подтверждает целесообразность дальнейших разработок в этом направлении. Благодаря высокому аспектному отношению такие наноразмерные углеродные частицы как углеродные нанотрубки (УНТ) и углеродные нанопластинкы (УНП) легко формируют электропроводящий кластер при низком содержании наполнителей в КМ, обеспечивая материал подвижными носителями заряда. Это способствует эффективному взаимодействию с электромагнитным излучением, при этом механические характеристики полимерной матрицы практически не меняются и в некоторых случаях даже улучшаются [4]. Было показано преимущества синергетического эффекта от одновременного использования частиц наноразмерных производных углерода и диэлектрических наночастиц нитрида бора (BN) в формировании электропроводящего кластера и переносе заряда, влияние на величину электропроводности и микроструктуру тройных систем наноуглерод/BN/эпоксидная смола [5], а также исследований, где в качестве дополнительного наполнителя КМ наноуглерод/полимер был определен Fe3O4, который является магнитодиэлектриком [6]. Более того, было обнаружено, что комбинация наноуглеродного наполнителя и магнитных наночастиц (оксиды железа, гексаферрит бария), а также формирования КМ с ориентированным распределением частиц наполнителя позволяет контролируемо изменять полосы поглощения ЭМИ в таких материалах [6-9]. Основная идея данного проекта состоит в сочетании трех современных подходов к созданию материалов с высоким, управляемым уровнем электрических и магнитных потерь ЭМИ: 1) использование многокомпонентных наноразмерных наполнителей, включая как углеродные наночастицы различной морфологии, так и магнитные наночастицы (в качестве дополнительного наполнителя), что ведет к проявлению синергетического эффекта; 2) управление параметрами электромагнитного отклика КМ за счет использования замещенных гексагональных ферритов М-типа Ba(Fe1-xDIx)12O19 (DI^3+, ^2+ и ^4+; x<0,1) в качестве второго наполнителя; 3) формирование КМ полимер/наноуглерод/феррит под влиянием магнитного поля, что способствует формированию анизотропии в поглощающих свойствах таких КМ. Первая идея базируется на предположении о количественные и качественные изменения в характере электромагнитного отклика КМ полимер/наноуглерод после добавления магнитодиэлектриков, ферромагнитных металлов или их оксидов (Fe, Fe3O4, Co), что позволит существенно повысить поглощение ЭМИ гибридными КМ данного типа за счет эффективного взаимодополнения электрических и магнитных потерь. Важным при разработке таких композитов будет использование новых методик изготовления КМ, в частности метод жидкофазного смешивания под воздействием ультразвука заданных параметров, что позволит обеспечить равномерное распределение наполнителя в объеме полимерной матрицы в материале и высокий уровень межфазного взаимодействия полимер/наполнитель. Результаты, касающихся формирования перколяционного кластера в КМ в зависимости от технологических режимов изготовления композита ускорят решения задач данного проекта за счет наработок по выбору оптимального состава композитов [10]. Во-вторых, как показали исследования [11, 12], существует взаимосвязь между структурными особенностями и поглощением ЭМИ магнитодиэлектриками (гескаферит бария BaFe12O19 и замещеных гексагональных ферритов М-типа Ba(Fe1-xDIx)12O19 (DI^3+; x<0,1)), что дает возможность управляемо изменять параметры КМ материала, изготовленного на базе таких магнитных материалов [13], откуда следует идея по изготовлению КМ полимер/наноуглерод/феррит с взаимодополняющими магнитными и диэлектрическими экранирующими свойствами. Третья идея, которая будет реализована при выполнении проекта, базируется на том факте, что ориентация магнитным полем наноразмерных углеродных производных требует высоких значений напряженности магнитного поля вследствие невысокой магнитной восприимчивости как углеродных нанотрубок, так и графитовых нанопластинок. Поэтому, кроме синергетического эффекта в результате использования гибридного наполнителя наноуглерод/феррит, исследуемые КМ также будут характеризоваться магнитным откликом, что обеспечит взаимодополнение магнитных и диэлектрических потерь материала. Так, в наших предыдущих работах было показано, что создание заданного распределения углеродного наполнителя в эпоксидной матрице (упорядочение углеродных нанотрубок электрическим полем в процессе изготовления КМ, создание КМ с градиентом концентрации углеродных нанопластинок по его объему, изготовление многослойных композитных структур) позволяет получать КМ с анизотропными или неоднородными по объему образца магнитными и электродинамическими характеристиками [14-18]. Анизотропный характер, в частности, электрофизических свойств таких КМ, позволяет варьировать коэффициенты отражения и поглощения ЭМИ, а в некоторых случаях может приводить к резонансному характеру зависимостей экранирующих свойств от частоты ЭМИ [9]. 1. L. Vovchenko et al. Advances in nanotechnology, 2018, Chapter 1, 1. 2. Y. Perets et al. Mat-wiss u Werkstofftech, 2016, 47(2-3), 278. 3. O. Lazarenko et al. Mol Cryst Liq Cryst, 2016, 639, 94. 4. L. Vovchenko et al. Phys Stat Sol (A), 2014, 211(2), 336. 5. Yu. S. Perets et al. J Mater Sci, 2014, 49(5), 2098. 6. O. S. Yakovenko et al. Mol Cryst Liq Cryst, 2018, 661(1), 68. 7. O. S. Yakovenko et al. Inorg Mat, 2016, 52(11), 1198. 8. L. Vovchenko et al. Mat-wiss u Werkstofftech, 2016, 47(2-3), 139. 9. L. Matzui et al. In: Fundamental and Applied Nanoelectromagnetics, 2016, Chapter 14, 251. 10. O. Yakovenko et al. In: Nanophysics, Nanophotonics, Surface Studies, and Applications, 2016, Chapter 39, 477. 11. S. Trukhanov et al. Dalton Trans, 2017, 46(28), 9010. 12. A. Trukhanov et al. J Magn Magn Mater, 2018, 462(15), 127. 13. A. Trukhanov et al. J Alloys Compd, 2018, 754, 247. 14. L. Vovchenko et al. Surf and Coatings Techn, 2012, 211, 196. 15. O. Yakovenko et al. Phys Stat Sol (A), 2014, 211(12), 2718. 16. I. Sagalianov et al. Mat-wiss u Werkstofftech, 2016, 47(2-3), 263. 17. L. Vovchenko et al. Mol Cryst Liq Cryst, 2016, 639(1), 105. 18. O. Yakovenko et al. J Mater Sci, 2017, 52(9), 5345.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут: 1. Разработаны новые и усовершенствованы существующие методы формирования композитов с гибридным наполнителем наноуглерод/феррит с заданным характером его распределения в полимерной матрице: случайное распределение наполнителя, анизотропные структуры с ориентированным распределением наполнителя. 2. На основе разработанных моделей и проведенного регресионного анализа данных будут оптимизированы методы синтеза порошков ферритовых наполнителей Ba(Fe1-xDIx)12O19 (DI^3+, ^2+ и ^4+; x<0,1) методом твердофазных реакций. 3. Созданы новые композитные материалы типа наноуглерод/полимер с дополнительным компонентом в виде магнитодиэлектриков (замещенных гексагональные ферриты бария М-типа Ba(Fe1-xDIx)12O19 (DI^3+, ^2+ и ^4+; x<0,1). 4. Комплексно исследованы микроструктура, электрические, магнитные и микроволновые (в диапазоне частот ЭМИ 10-60 ГГц) свойства изготовленных композитов в зависимости от типов наноуглеродных и магнитных наполнителей и их содержания в композите. 5. Изучены влияния типа иона-заместителя DI на микроволновые свойства КМ и выявлены основные закономерности 6. Разработаны технологические основы изготовления новых КМ полимер/наноуглерод/феррит с улучшенными поглощающими свойствами за счет комбинирования наполнителей заданных типов в определенном процентном составе, с учетом про-странственного распределения наполнителей в КМ, и научные основы регулирования электрических и электромагнитных свойств таких КМ.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1. Проведен регресионный анализ процесса синтеза порошкообразных гексаферритов бария с диамагнитным замещением. Определены оптимальные технологические параметры для синтеза методом твердофазных реакций: i. Фактор концентрации исходных компонентов при синтезе Ba(Fe1-хDx)12O19 должен подбираться индивидуально для каждого случая диамагнитного замещения с учетом ионного радиуса (близость ионных радиусов ионов-заместителей к ионному радиусу трехвалентного железа); конфигураций электронных оболочек и зарядового упорядочения иона-заместителя. Предпочтительно использование изовалентнон замещенте диамагнитными ионами с пустыми d-орбиталями и близкими по величине ионным радиусом. Концентрацию ионов-заместителей лучше всего выбирать в диапазоне замещения до 10-15 ат.%. что бы предотвратить процесс фрустрации магнитной структуры с разрушением дальнего порядка обменных взаимодействий. ii. Фактор температуры синтеза указывает, что для синтеза методом твердофазной реакции порошков гексаферрита бария Ba(Fe1-хDx)12O19 следует учитывать коэффициент диффузии иона-заместителя, относительно коэффициента диффузии ионов железа. Температура синтеза при диамагнитном замещении должна находиться в диапазоне 1000 1300оС, при увеличении концетрации ионов-заместителей, требуется учитывать кинетику фазообразования при расчете конкретной модели для оптимизации температурного интервала. iii. Фактор времени гомогенизации и механической активации (смешивание и размол) смеси исходных компонентов в процессе синтеза Ba(Fe1-хDx)12O19 не является лимитирующим (на основе регрессионного анализа). iv. Фактор продолжительность синтеза как и фактор температуры является лимитирующим фактором для получения однофазных образцов Ba(Fe1-хDx)12O19. На основе регрессионного анализа можно сделать вывод, что для синтеза незамещенных образцов следует использовать продолжительность не менее 6 часов, а для образцов гексаферритов бария с диамагнитным замещением Ba(Fe1-хDx)12O19 для получения более качественной керамики возможно увеличение продолжительности до 10 часов. 2. Отработан процесс синтеза порошкообразных гексаферритов бария с заданным составом и варьируемым размером зерен золь-гель методом. Для исследования эволюции микроструктуры и магнитных свойств в зависимости от температурных воздействий, образцы подвергались ступенчатому отжигу в диапазоне 600-1100 С (с шагом 100 С градусов). Исследована корреляция условий получения микроструктуры и магнитных свойств образцов синтезированных образцов. Установлено увеличением среднего размера кристаллита 31 до 541 нм при увеличении температуры ступенчатого отжига от исходного образца до 1100°С. Рассчитана удельная площадь поверхности (SSA) синтезированного образца и образцов после ступенчатых отжигов при температурах 600 - 1100°C. Отработаны процессы синтеза порошкообразных гексаферритов бария с заданным составом методом твердофазных реакций - Ba(Fe1-xDx)12O19. Установлена корреляция между химическим составом, микроструктурой и магнитными свойствами исследованных образцов. Нелинейное поведение удельной намагниченности для Ba(Fe1-xScx)12O19 (x<0,1) может быть результатом трех основных факторов: i. фрустрация магнитной структуры; II. особенности распределения ионов Sc3+ в различные анионные координации; III. незначительное отклонение от строгой коллинеарности в направлении векторов магнитного момента. Установлена корреляция между степенью концентрационного замещения ионами скандия на микроволновые характеристики (коэффициент отражения) замещенных гексаферритов в области естественного ферромагнитного резонанса. Отмечена сильная взаимосвязь между химическим составом образцов и основными амплитудно-частотными характеристиками. 3. Синтезированы композиционные материалы (КМ) типа "полимер/феррит" с варьируемой концентрацией магнитного наполнителя в КМ: изготовлено 3 партии образцов на основе диспергированных ферритов в полимерную матрицу с варьируемой концентрацией магнитного наполнителя в КМ. Первая партия КМ представляла собой образцы Ba(Fe0,9Ga0,1)12O19 в эпоксидной смоле (ЭС) или BFGO-0,1/ЭС с фиксированным химическим составом магнитного наполнителя (Ga3+, х=0,1) и варьируемой концентрацией магнитного наполнителя и варьированием химического состава магнитного наполнителя (от 10 до 50 масс. %). Вторая партия КМ представляла собой Lі0.15(Nі0.5Zn0.5)0.7Fe2.15O4/ЭС (или LNCFO/ЭС) c фиксированным химическим составом магнитного наполнителя и варьируемой концентрацией магнитного наполнителя и варьированием химического состава магнитного наполнителя (от 20 до 50 масс. %). Третья партия КМ представляла собой образцы Ba(Fe0.975Al0.025)12O19 в матрице PVDF или BFAO-0,025/PVDF с фиксированным химическим составом магнитного наполнителя (Al3+, х=0,025) и варьируемой концентрацией магнитного наполнителя и варьированием химического состава магнитного наполнителя (от 20 до 80 масс. %). Исследована корреляция между концентрацией магнитного наполнителя в КМ и их магнитных и микроволновых характеристик. Отмечено, что магнитные и микроволновые находятся в прямой зависимости от концентрации магнитного наполнителя, типа феррита и типа полимерной матрицы. 4. Синтезированы композиционные материалы (КМ) типа "полимер/феррит" с варьируемым химическим составом магнитного наполнителя Ba(Fe1-xGax)12O19 в ЭС с фиксированной концентрацией магнитного наполнителя (30 масс. %) и варьированием химического состава магнитного наполнителя Ba(Fe1-xGax)12O19 (0 < x < 0,1). Исследована корреляция между химическим составом магнитного наполнителя в КМ и их магнитными и микроволновыми характеристик. 5. Опубликованы 4 научные статьи, три из которых входят в первый квартиль по научному направлению (Q1).

 

Публикации

1. А.В. Труханов, К.А. Астапович, М. Алмессиери, В.А. Турченко, Е.Л. Труханова, В.В. Коровушкин, А.А. Амиров, М.А. Дарвиш, Д.В. Карпинский, Д.А. Винник, Д.С. Клыгач, М.Г. Вахитов, М.В. Здоровец, А.Л. Козловский, С.В. Труханов PECULARITIES OF THE MAGNETIC STRUCTURE AND MICROWAVE PROPERTIES IN Ba(Fe1-xScx)12O19 (x<0.1) HEXAFERRITES Journal of Alloys and Compounds, 822 (2020) 153575 (год публикации - 2020).

2. Агаев Ф.Г.; Джабаров С.Г.; Айюбова Г.Ш.; Мирзаев М.Н.; Труханов С.В.; Труханова Е.Л.; Дарвиш М.А.; Подгорная С.В.; Винник Д.А.; Хоанг Т.П.; Данг Н.Т.; Труханов А.В. Structure and thermal properties of BaFe11.1In0.9O19 hexaferrite Physica B: Condensed Matter, - (год публикации - 2019).

3. Мацуй Л.Ю.; Труханов А.В.; Яковенко О.С.; Вовченко Л.Л.; Загородний В.В.; Олейнюк В.В.; Труханова Е.Л.; Астапович К.А.; Карпинский Д.В.; Труханов С.В. Functional Magnetic Composites Based on Hexaferrites: Correlation of the Composition, Magnetic and High-Frequency Properties Nanomaterials (MDPI), Nanomaterials 2019, 9, 1720; doi:10.3390/nano9121720 (год публикации - 2019).

4. Мостафа А. Дарвиш, Алексей В. Труханов, Олег С. Сенатов, Александр Т. Морченко, Самия А. Саафан, Ксения А. Астапович, Сергей В. Труханов, Екатерина Л. Труханова, Андрей А. Пилюшкин, Антонио Б. Сомбра, Ди Джоу, Раджрии Б. Джотания, Чаранджит Сингх Investigation of AC-Measurements of Epoxy/Ferrite Composites Nanomaterials (MDPI), (2020) 10, 492 (год публикации - 2020).


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1. Разработана методика синтеза КМ типа "hard/soft феррит". Были синтезированы наноструктурированные КМ двух видов: 1. КМ с варьируемым соотношением hard и soft фаз - SFO/xCoTmTb; и SrBaSmFe/x(NiZnFe) где 0.0 ≤ x ≤ 3.0; 2. КМ с варьируемым химическим составом soft фазы - SFO/MCFO, где M=Cu, Ni, Mn, Co and Zn. Синтез КМ типа "hard/soft феррит" был осуществлен по одной технологии – золь-гель методом. Разработана методика синтеза анизотропных КМ типа "феррит/полимер". Были синтезированы КМ двух видов: 1. КМ, состоящие из порошка гексаферрита (ВаМ-Ga), диспергированного в полимерную матрицу эпоксидной смолы (ЭС); и 2. КМ, состоящие из порошка гексаферрита (ВаМ-Al) в полимерной матрице поливинилиденфторида (PVDF). Для установление влияния магнитного поля на магнитные и микроволновые свойства анизотропные КМ были синтезированы во внешнем магнитном поле (0,86 Тл). 2. Исследованы магнитные характеристики в виде полевых зависимостей удельной намагниченности для КМ "hard/soft феррит" SFO/x(CoTmTb), SrBaSmFe/x(NiZnFe) (1,0 ≤ x ≤ 3,0) и SFO/MCFO в широком диапазоне полей при температурах 10 и 300К Установлены особенности влияния концентрации и состава soft фазы, температуры на основные магнитные характеристики (намагниченность насыщения, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила) и формирование обменной связи между hard и soft фазами в КМ. Для КМ с варьируемым составом soft фазы SFO/MCFO установлена корреляция между удельным магнитным моментом ионов в А-подрешетке и тенденцией изменения их магнитных характеристик. Исследованы анизотропные КМ ВаМ-Ga/ЭС с фиксированной концентрацией магнитного наполнителя (30 масс. %) в различных ориентациях. Установлено, что зависимости M(В) для КМ, которые синтезированы без поля, были практически идентичными для взаимно перпендикулярных ориентаций образца. Соотношение прямоугольности петли для КМ-B0 (синтез без поля) подтверждает отсутствие преимущественной ориентации магнитного наполнителя. Для КМ, синтезированных в магнитном поле показано принципиальное различие магнитных свойств в различных ориентациях. Максимальные значения отмечены для КМ при ориентации поля, соответствующей ориентации поля при синтезе. Установлено влияние химического состава гексаферрита (концентрация галлия), магнитного поля в процессе синтеза и ориентациии образца при измерении на основные магнитные характеристики. Исследованы анизотропные КМ BaM-Al/PVDF с фиксированной концентрацией магнитного наполнителя (85 масс. %) в различных ориентациях. во внешнем магнитном поле и без него в различных ориентациях. Отмечено, что синтез КМ данного вида во внешнем магнитном поле не привел к изменениям магнитных параметров, в различных ориентациях. Это позволяет сделать вывод об отсутствии влияния магнитного поля в процессе синтеза на изменение степени анизотропии свойств для КМ, сформированных методом термопрессования. Показана целесообразность формирования анизотропных КМ на основе полимерных матриц с низкой вязкостью и относительно невысокими концентрациями магнитных порошкообразных наполнителей. Исследованы микроволновые характеристики (частотные дисперсии действительной и мнимой частей диэлектрической и магнитной проницаемостей) для КМ "hard/soft феррит" SFO/x(CoTmTb), SrBaSmFe/x(NiZnFe) (1,0 ≤ x ≤ 3,0) и SFO/MCFO в широком диапазоне частот. Установлены механизмы энергетических потерь, определены частотные диапазоны существования данных механизмов и отмечены частоты трансформации механизмов. Проанализировано влияние концентрации и химического состава soft фазы на поведение диэлектрической и магнитной проницаемости. На основе анализа частотных дисперсий основных микроволновых характеристик КМ "hard/soft феррит" рассчитаны коэффициенты отражения. Показано, что лимитирующим фактором, определяющим особенности микроволновых характеристик для КМ с варьированием состава soft фазы - является А-катион в структуре soft фазы, что обусловлено: i. различием в конфигурации электронных оболочек и радиусов ионов; II. особенности транспорта носителей заряда в режиме переменного тока в композитах с различной микроструктурой. Исследованы микроволновые характеристики анизотропных КМ BaM-Ga-0,6/ЭС где концентрация магнитного наполнителя составляла 30 и 60 масс. %, а образцы были сформированы как в магнитном поле, так и без поля. Проанализированы частотные зависимости коэффициентов пропускания, отражения и поглощения. Микроволновые характеристики (при 29 ГГц) показывают, что существенные изменения ktr с увеличением BaM-Ga-0,6 от 30 до 60 масc. % обусловлены особенностями отражения ЭМИ. Установлено влияние магнитного поля в процессе синтеза КМ, что выражено в увеличении отношения «отражение/поглощение» в 6 раз для КМ с 30 масс. %. Это показывает принципиальную возможность формирования высокоанизотропных КМ. Установлено, что для КМ с 60 масc. % вклад упорядочения частиц наполнителя в изменение микроволновых характеристик снижается, что можно объяснить сложностью механического движения частиц гексаферрита в КМ с высокими степенями наполнения. По мере увеличения содержания BaM-Ga0,6 в композите действие магнитного поля (т.е. эффект упорядочения частиц наполнителей) нивелируется. 3. Разработана методика и синтезированы КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит" с различными типами наноразмерных производных углерода (нанопластинки, нанотрубки). В качестве полимера был использован PVDF. В качестве феррита был использован гексаферрит BaM-Al. Концентрация гексаферрита в PVDF была фиксированной и составляла 85 масс.%. В качестве наноуглерода были использованы многослойные углеродные нанотрубки (УНТ) и углеродные нанопластинки или терморасширенный графит (ТРГ). Концентрация УНТ и ТРГ в КМ также была фиксированной и составляла 5 масс.% от концентрации BaM-Al. Процесс синтеза КМ BaM-Al/PVDF/УНТ и BaM-Al/PVDF/ТРГ был выполнен путем термопрессования механически смешанных исходных порошков PVDF, BaM-Al и УНТ/ТРГ в указанных пропорциях. Процесс смешивания происходил в две стадии. На первой стадии смешивались порошки BaM-Al и и УНТ/ТРГ. На второй стадии происходило перемешивание смеси BaM-Al/УНТ/ТРГ с PVDF в заданных пропорциях. Смешанные в стехиометрическом соотношении порошки помещали в пресс-форму и термически спрессовывались при Р= 5 МПа; Т= 250С; t= 20 мин. 4. Проведены исследования магнитных характеристик образцов КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит" с фиксированным содержанием ВаМ-Al (85 масс.%) и различными типами наноразмерных производных углерода (5 масс.%) – УНТ и ТРГ. Установлено, что магнитные свойства КМ обусловлены влиянием фазы ВаМ-Al. Показано, что добавление УНТ или ТРГ привело к снижению Ms и Mr в КМ. Отмечено, что основные магнитные характеристики BaM-Al/PVDF/УНТ и Al/PVDF/ТРГ ниже, чем для BaM-Al/PVDF. Установлено, что магнитные характеристики для BaM-Al/PVDF/УНТ ниже, чем для Al/PVDF/ТРГ. Показано влияние типа наноразмерных углеродных производных в КМ на HС и Sq. Для КМ с квазиодномерными углеродными нанопроизводными (УНТ) коэффициент Sq (0,46) и величина HС (0.081 Тл) значительно ниже, чем при использовании квазидвумерных углеродных нанопроизводных (ТРГ), где коэффициент Sq (0,50) и величина HС (0.31 Тл) практически соответствуют значениям КМ BaM-Al/PVDF. Проведены измерения электропроводности на переменном токе (σAC) в зависимости от частоты при комнатной температуре для образцов BaM-Al, КМ BaM-Al/PVDF, BaM-Al/PVDF/УНТ и BaM-Al/PVDF/ТРГ. Отмечено, что с ростом частоты от 500 Гц до 1 МГц проводимость BaM-Al изменялась незначительно, в то время, как проводимость КМ BaM-Al/PVDF в том же частотном диапазоне изменялась практически на 2 порядка величины. Объяснение представлено в рамках модели Купа в приближении поляризации пространственного заряда. Отмечено резкое увеличение электропроводности (более чем на 7 порядков) КМ при добавлении УНТ и ТРГ, что обусловлено высокой электропроводностью наноуглерода. Показано, что в зависимости от типа наноразмерных углеродных производных (УНТ или ТРГ) электрические характеристики КМ значительно отличаются. Для более детального анализа и формирования модели, объясняющей природу влияния формы углеродных нанопроизводных в рамках классической перколяционной теории требуется анализ поведения концентрационных зависимостей. 5. Было опубликовано 6 статей по теме исследования со ссылкой на грант. 5 статей опубликованы в журналах Q1.

 

Публикации

1. А.В.Труханов, К.А.Дарвиш, М.М.Салем, Щ.М.Хемеда, М.И.Абдел Ати, М.А.Дарвиш, Е.Ю.Канюков, С.В.Подгорная, В.А.Турченко, Д.И.Тишкевич, Т.И.Зубарь, К.А.Астапович, В.Г.Костишин, С.В.Труханов Impact of the heat treatment conditions on crystal structure, morphology and magnetic properties evolution in BaM nanohexaferrites Journal of Alloys and Compounds, 866 (2021) 158961 (год публикации - 2021).

2. Агаев Ф.Г., Джабаров С.Х, Ауюбова Г.Ш., Труханов А.В., Труханов С.В., Мирзяев М.Н., Нагхиев Т.Г., Данг Н.Т. Ferrimagnetic-Paramagnetic Phase Transition in BaFe11.7In0.3O19 Compound Journal of Superconductivity and Novel Magnetism volume, 33, 2867–2873 (2020) (год публикации - 2020).

3. Алгароу Н.А., Слимани Ю, Алмессиери М.А., Садагат А., Труханов А.В, Гондал М.А., Хаким А.С., Труханов С.В., Вахитов М.Г., Клыгач Д.С., Маникадан А., Байкал А. Functional Sr0.5Ba0.5Sm0.02Fe11.98O4/x(Ni0.8Zn0.2Fe2O4) Hard–Soft Ferrite Nanocomposites: Structure, Magnetic and Microwave Properties Nanomaterials, 10(11), (2020), 2134 (год публикации - 2020).

4. Алгароу Н.А., Слимани Ю., Алмессиери М.А., Алахмари Ф.С., Вахитов М.Г., Клыгач Д.С., Труханов С.В., Труханов А.В,, Байкал А. Magnetic and microwave properties of SrFe12O19/MCe0.04Fe1.96O4 (M =Cu, Ni, Mn, Co and Zn) hard/soft nanocomposites Journal of Materials Research and Technology, 9(3) (2020) 5858-5870 (год публикации - 2020).

5. М.А.Дарвиш, Х.Ф.Абошейаша, А.Т.Морченко, В.Г. Гостишин, В.А.Турченко, Е.Л.Труханова, К.А.Астапович, А.В.Труханов Impact of the Zr-substitution on phase composition, structure, magnetic, and microwave properties of the BaM hexaferrite Ceramics International, 47 (2021) 16752-16761 (год публикации - 2021).

6. Я.Слимани, Н.А.Алгароу, М.А.Алмесиери, А.Садагат, М.В.Вахитов, Д.С.Клыгач, Д.И.Тишкевич, А.В.Труханов, С.Гунер, А.С.Хаким, И.А.Аувал, А.Байкал, А.Маникадан, И.Эркан Fabrication of exchanged coupled hard/soft magnetic nanocomposites: Correlation between composition, magnetic, optical and microwave properties Arabian Journal of Chemistry, 14 (2021) 102992 (год публикации - 2021).