بررسی و مقایسه خصوصیات الکترومغناطیس نانوکامپوزیت‌های اپوکسی - گرافن و اپوکسی - نانو لوله کربن
الموضوعات : 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)
الکلمات المفتاحية: نانوکامپوزیت, اپوکسی, تداخل امواج الکترومغناطیس, نانو لوله کربن, گرافن,
ملخص المقالة :
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.
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.
