بررسی و مقایسه خصوصیات الکترومغناطیس نانوکامپوزیت‌های اپوکسی - گرافن و اپوکسی - نانو لوله‌ کربن

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

رحیم اقرء ¹ (پژوهشکده مکانیک پژوهشگاه فضایی ایران)
بهزاد محمدی ² (پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران)
کمال جانقربان ³ (بخش مهندسی مواد- دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز)
محمد امین منتصری ⁴ (شرکت صنایع الکترونیک شیراز، بلوار میرزای شیرازی)

تاریخ دریافت : 1395/11/23 تاریخ پذیرش : 1395/11/23 تاریخ انتشار : 1395/11/01

کلید واژه: نانوکامپوزیت, اپوکسی, تداخل امواج الکترومغناطیس, نانو لوله کربن, گرافن,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، تأثیر نانولوله‌های کربنی و تک لایه‌های گرافیت (گرافن) بر خصوصیات الکترومغناطیسی اپوکسی بررسی و با هم مقایسه گردید. برای انجام این‌کار، نمونه‌های نانوکامپوزیت‌های اپوکسی-گرافن و نانوکامپوزیت‌های اپوکسی-نانو لوله کربن تا 5/0 درصد وزنی (266/0 درصد حجمی) با استفاده از روش ریخته‌گری ساخته شدند. پس از آن، مورفولوژی و نحوه پخش تقویت کننده‌ها در زمینه به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. سپس خصوصیات الکترومغناطیس نمونه‌ها در باند X امواج الکترومغناطیس (8 تا GHz12) به‌وسیله شبکه آنالیز کننده اسکالر اندازه‌گیری و مقایسه گردید. نتایج نشان داد که بخش حقیقی نفوذ پذیری الکتریکی اپوکسی خالص با اضافه کردن 5/0درصد وزنی گرافن و نانو لوله کربنی به‌ترتیب به طور متوسط 36 و 16 درصد افزایش می‌یابد. مقدار متوسط بخش‌ موهومی نفوذپذیری الکتریکی نمونه نانوکامپوزیت با 5/0 درصد وزنی گرافن به 5/0 رسیده است که 3 برابر نمونه نانوکامپوزیت با درصد برابر نانو لوله کربن و 5/12 برابر اپوکسی خالص است. فاکتور اتلاف نمونه نانوکامپوزیت با 5/0 درصد وزنی گرافن برابر 13/0 و نمونه نانوکامپوزیت با 5/0درصد وزنی نانو لوله کربن برابر 045/0 به‌دست آمده است. همان‌گونه که نتایج نشان می‌دهند، گرافن به‌مراتب بیش‌تر از نانو لوله کربن خصوصیات الکترومغناطیس و فاکتور اتلاف اپوکسی را بهبود می‌بخشد.

چکیده انگلیسی:

In this study, the effect of carbon nanotubes and single layers of graphite (graphene) on the electromagnetic properties of epoxy were investigated and compared. To do this, the epoxy-graphene nanocomposite and epoxy-carbon nanotube nanocomposite samples up to 0.5wt% were fabricated by casting method. After that, the morphology and distribution of nano-fillers in epoxy matrix was investigated by scanning electron microscopy. Then, the electromagnetic properties of samples in the X-band (8 to 12 GHz) of electromagnetic radiation were determined by a scalar network analyzer. The results showed that the electromagnetic properties and dissipation factor of epoxy were improved by graphene much more than of carbon nanotubes. So that, by adding of 0.5wt% of graphene or carbon nanotubes in epoxy matrix, the real part of permittivity was improved by 36 and 16 percent respectively. The average value of the imaginary part of permittivity of 0.5wt% of graphene nanocomposite sample was reached to 0.5 that is 3 and 12.5 times of 0.5wt% of carbon nanotubes nanocomposite sample and pure epoxy respectively. The 0.13 and 0.045 was obtained for dissipation factor of nanocomposite samples with 0.5wt% of graphene and 0.5wt% of carbon nanotube respectively. As the results, epoxy nanocomposites containing graphene are more suitable than epoxy-carbon nanotubes nanocomposites for electromagnetic interference shielding and absorbing electromagnetic waves absorption application.

منابع و مأخذ:

References:

1-                  L.F. Chen, C.K. Ong, C.P. Neo, V.V. Varadan, V.K. Varadan, Microwave electronics- measurement and materials characterization, p.7-8, John Wiley and Sons, England, 2004.      

2-                  M. Jaroszewski, J. Ziaja, EM Shielding-Theory and development of new materials, Ch.4, p. 1-6, Research Signpost, Kerala, India, 2012.           

3-                  R.W. Evans, “Design guidelines for shielding effectiveness, current carrying capability and enhancement of composite materials”, Appendix A, Fourth Quarter of First Annual Report, NASA-CR-200790, 1996.    

4-                  D. Galpaya, M. Wang, M. Liu, N. Motta, E. Waclawik, C. Yan, “Recent advances in fabrication and characterization of graphene-polymer nanocomposites”, Graphene, Vol. 1, pp. 30-49, 2012.          

5-                  K.S. Navoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, A.A. Firsov, “Electric field effect in atomically thin carbon films”, Science, Vol. 306, pp. 666-9, 2004.

6-                  G. De Bellis, A. Tamburrano, A. Dinescu, M.L. Santarelli, M.S. Sarto, “Electromagnetic properties of composites containing graphite nanoplatelets at radio frequency”, Carbon, Vol. 49, pp. 4291-4300, 2011.

7-                  H. Kim, A.A. Abdala, C.W. Macosko, “Graphene/Polymer Nanocomposites”, Macromolecules, Vol. 43, pp. 6515–6530, 2010.      

8-                  A.P. Singh, P. Garg, F. Alam, K. Singh, R.B. Mathur, R.P. Tandon, A. Chandra,  S.K. Dhawan, “Phenolic resin–based composite sheets filled with mixtures of reduced graphene oxide, γFe₂O₃ and carbon fibers for excellent electromagnetic interference shielding in the X-bond”, Carbon, Vol. 50, pp. 3868-3875, 2012.     

9-                  S.Y. Yang, W.N. Lin, Y.L. Huang, H.W. Tien, J.Y. Wang, C.C.M. Ma, S.M. Li, Y.S. Wang, “Synergetic effects of graphene platelets and carbon nanotubes on the mechanical and thermal properties of epoxy composites”, Carbon, Vol. 49, pp. 793-803, 2011. 

10-               H. Kim, A.A. Abdala, C.W. Macosko, “Graphene/Polymer Nanocomposites”, Macromolecules, Vol. 43, pp. 6515–6530, 2010.      

11-              D. Galpaya, M. Wang, M. Liu, N. Motta, E. Waclawik, C. Yan, “Recent advances in fabrication and characterization of graphene-polymer nanocomposites”, Graphene, Vol. 1, pp. 30-49, 2012.          

12-              M.A. Rafiee, J. Rafiee,  Z. Wang, H. Song, Z.Z. Yu, N. Koratkar, “Enhanced mechanical properties of nanocomposites at low graphene content”, ACS Nano, Vol. 3, No. 12, pp. 3884-3890, 2009.       

13-              سید مجتبی زبرجد، محمد هادی مقیم، مقدمه‌ای بر نانوکامپوزیت‌های پلیمری، واژگان خرد، 1394.

14-              MH.Al-Saleh, , U.Sundararaj, , “Electromagnetic interference shielding mechanisms of CNT/polymer composites”, Carbon, Vol. 47, pp. 1738-1746, 2009.

15-              AS.Hoang, , “Electrical conductivity and electromagnetic interference shielding characteristics of multiwalled carbon nanotube filled polyurethane composite films” , Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. Vol. 2, pp. 5-12, 2011.           

16-              A. Gupta, V. Choudhary, “Electromagnetic interference shielding behavior of poly(trimethylene terephthalate)/multi-walled carbon nanotube composites”, Composites Science and Technology, Vol. 71, pp. 1563–1568, 2011.    

17-              B. Li, T. Oya, “Fabrication of novel electromagnetic shielding sheets using carbon-nanotube-composite paper”, J. Surf. Sci. Nanotech. Vol. 12, pp.  242-246, 2014.            
 

18-              A.L. De Paula, J.J. Barroso, M.C. Rezende, “Comparative study of the teflon electromagnetic parameters (permittivity and permeability) experimentally obtained and numerically simulated”, Int. Microwave. Optoelectronics. Conf (IMOC). Belem,  519-522, 2009.      

19-              S.U. Din Khan, M. Arora, M.A. Wahab, P. Saini, “Permittivity and electromagnetic interference shielding investigations of activated charcoal loaded Acrylic coating compositions”, Polymers, Vol. 2014, pp.1-7, 2014.   

20-              G. De Bellis, I.M. De Rosa, A. Dinescu, M.S. Sarto, “Electromagnetic absorbing nanocomposites including carbon fibers, nanotubes and graphene nanoplatelets”, IEEE, Vol. 978, pp. 202-207, 2010.           

21-             رحیم اقرء، کمال جانقربان، حبیب دانش منش، حبیب اله عبیری، " بررسی توانایی حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس در نانوکامپوزیت‌های اپوکسی-گرافن" مجله مواد نوین، جلد 5، شماره 4، تابستان 1394.

22- R. Eqra, K. Janghorban, H. Daneshmanesh, “Mechanical properties and toughening mechanism of epoxy/graphene nanocomposites”, J. Polym. Eng, Vol. 35, pp. 257-266, 2015.

23-  منتصری، یاحقی، علی‌نژاد، " ارائه یک روش کاربردی و دقیق در اندازه‌گیری ثابت دی الکتریک مختلط مواد" کنفرانس مهندسی برق(ICEE 2012)، تهران،1391.