Механизмы взаимодействия СВЧ-излучения с наноструктурированными углеродсодержащими материалами

• Автор: Родионов, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Оглавление

Список сокращений и обозначений

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ С МАТЕРИАЛАМИ

1.1 Физическая картина перераспределения энергии электромагнитного излучения в материалах

1.2 Прохождение, отражение и рассеяние электромагнитного излучения

1.3 Особенности взаимодействия электромагнитных волн и СВЧ-излучения с наноматериалами и наноструктурированными материалами

1.3.1 Полимерные соединения, основанные на аморфном углероде и графите

1.3.2 Полимерные соединения, основанные на МСУНТ

1.3.3 Природные композиты из шунгитовых пород

1.4 Воздействие электромагнитного излучения

1.4.1 Термический эффект микроволнового излучения
1.4.2 Нетермический эффект микроволнового излучения
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ СИНТЕЗА, ПРЕПАРИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ
МАТЕРИАЛОВ
2.1 Выделение наноуглеродных структур из природно-легированных соединений - шунгита
2.2 Пирокаталитический синтез углеродных нанотрубок с ферромагнитным катализатором
2.3 Металлполимерные нанокомпозиты
2.4 Аналитические методы исследования морфологии поверхностей,
химической структуры и элементного состава

2.4.1 Метод порошковой рентгеновской дифрактометрии
2.4.2 Метод растровой (сканирующей) электронной микроскопии и энергодисперсионного элементного анализа
2.4.3 Метод ИК-Фурье спектроскопии
2.4.4 Конфокальная микроскопия и комбинационное рассеяние света
2.4.5 Метод атомно-силовой микроскопии
2.4.6 Векторный СВЧ-анализатор
2.4.7 4-хзондовый метод измерения электропроводности порошков
ГЛАВА 3. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
3.1 Структурные свойства природно-легированных материалов
3.2 Характеризация углерод-содержащих материалов из природного шунгита
3.3 Особенности структурных и магнитных свойств металлоуглеродных нанокомпозитов с ферромагнитными включениями
3.4 Особенности структуры углеродных нанотрубок, выращенных методом пиролиза этанола на магнитном катализаторе в составе композитов
ГЛАВА 4. МЕХАНИЗМЫ СВЧ-ПОГЛОЩЕНИЯ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СВЧ-ПОГЛОТИТЕЛЕЙ
4.1 Механизмы СВЧ-поглощения в шунгитовых образованиях
4.2 Комплексное электрическое и магнитное СВЧ-поглощение на металлоуглеродных нанокомпозитах с ферромагнитными включениями
4.3 Резонансные СВЧ-свойства углеродных нанотрубок, выращенных методом пиролиза этанола на магнитном катализаторе
Заключение
Список литературы
Список сокращений и обозначений Список сокращений
СВЧ-излучение - сверхвысокочастотное излучение;
МА - микроволновая абсорбция;
УНТ - углеродные нанотрубки;
МСУНТ - многостенные углеродные нанотрубки (MWCNTs - Multiwall Carbon Nanotubes)
Шунгит-I - шунгитовый минерал с массовой долей углерода от 75% до 98%; Шунгит-11 - шунгитовый минерал с массовой долей углерода от 35% до 75%; Шунгит-III - шунгитовый минерал с массовой долей углерода от 20% до 35%;
Шунгит-IV - шунгитовый минерал с массовой долей углерода от 10% до 20%;
Шунгит-V - шунгитовый минерал с массовой долей углерода менее 10%; ПГС - парогазовая смесь;
ЭМИ - электромагнитное излучение
РФА - рентгенофазовый анализ (XRD - X-ray Diffraction);
РСМАУЭДА - рентгеноспектральный микроанализ/энергодисперсионный анализ с волновой дисперсией (WDX /EDX —Wave/Energy Dispersive X-ray Microanalysis);
РЭМ/СЭМ - растровая/сканирующая электронная микроскопия (SEM -Scanning Electron Microscopy);
СЭМ ОРЭ - сканирующая электронная микроскопия от обратно -рассеянных электронов;
СЭМ ВРЭ - сканирующая электронная микроскопия от вторичных электронов;
SEI - Second Electron Irradiation (детектор вторичных электронов);
BES - Back Electron Scattering (детектор обратно рассеянных электронов); ACM - атомно-силовая микроскопия (AFM - Atomic Force Microscopy);
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ СИНТЕЗА, ПРЕПАРИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ
2.1 Выделение наноуглеродных структур из природно-легированных соединений — шунгита
Естественная гетерофазность и гетерогенность практически всех минеральных соединений, с одной стороны, и усложнение состава и структуры, вновь создаваемых композиционных материалов, с другой стороны, указывают на наличие между ними существенных аналогий. В ряду минеральных ассоциаций оказавшихся в зоне пристального внимания, как исследователей, так и разработчиков вот уже более двухсот лет особое место занимают шунгиты, которые по совокупности характеристик являют собой типичный природный композит. Структурно они состоят из чешуйчатовидного аморфизированного углерода с включениями из оксидов различных металлов и кремния с размерами в пределах 1 мкм. В зависимости от содержания углерода шунгитовые породы согласно классификации П.А. Борисова подразделяются на 5 разновидностей: Шунгит-1 (75% 98%),
Шунгит-П (35% - 75%), Шунгит-Ш (20% + 35%), Шунгит-IV (10% + 20%) и Шунгит-V (менее 10%). Особую роль в составе ископаемого играет именно углерод, обладающий высоким уровнем аллотропизации, что может объяснить и аморфную разупорядоченность монокристаллического графита, и обнаруженные, впервые, именно в нём фуллерены, фуллериты, и даже графены [126-130].
Столь большое разнообразие кристаллических структур и реакционные свойства, характерные для шунгита, особенно в части касающейся его углеродных составляющих, предопределяет многовекторность его применения в качестве добавки в шихты в металлургии (активатор окислительно-восстановительных процессов), при производстве фильтров тонкой очистки, включая мембранные, строительных материалов (сорбционная и электропроводящая структура), при изготовлении, в том