Взаимодействие наночастиц с СВЧ-излучением в нанокомпозитах

И. В. ВОРОНИН, С. А. ГОРБАТОВ, В. Ф. ПЕТРУНИН

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НАНОЧАСТИЦ

С СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЕМ В НАНОКОМПОЗИТАХ

В соответствии с молекулярно-кинетическими воззрениями [1] наночастицы в полимерных нанокомпозитах находятся в трех состояниях: свободном (частицы не агрегированы, количество частиц n2), связанном с себе подобными (частицы агрегированы, количество частиц n3), связанном с кинетическими элементами полимерной матрицы (количество частиц n1).

Скорости изменения количества частиц определяются дифференциальными уравнениями:

,

,

,

,

где u2 и u1 – частоты образования и разрушения связей наночастиц с кинетическими элементами полимера соответственно;

u4 и n3 – частоты образования и разрушения связей между наночастицами, соответственно.

Решая дифференциальные уравнения можно найти количество частиц при неустановившейся скорости (при изготовлении нанокомпозитов) и при установившейся скорости (при t ® ¥).

Количество частиц на каждом уровне определяется соотношением частот u1, u2, u3, u4 и, в свою очередь, энергетическими характеристиками связанных и свободных уровней.

Каждому из этих трех состояний соответствует свой спектр поглощения электромагнитного излучения. Частота взаимодействия с электромагнитным излучением несвязанной частицы определяется частотой акустического резонатора, в качестве которого можно рассматривать наночастицу. Минимальная частота такого резонатора , где ; d –диаметр частицы; E – модуль упругости; r – плотность. Фононы в изолированной частице меньше humin возбудиться не могут.

Для связанных частиц частота взаимодействия uс с электромагнитным излучением определяется энергией связей [3].

,

где k–силовая постоянная; М – приведенная масса.

Исходя из изложенного были рассчитаны резонансные частоты всех трех состояний и относительное количество частиц в каждом из трех уровней.

Были изготовлены образцы нанокомпозитов на основе карбида ниобия со средним размером частиц 30 нм; 300 нм и ³ 30 мкм. В качестве полимерной матрицы была применена эпоксидная смола. Исследовали поглощение в диапазоне длин волн 2,0 ¸ 12,0 см в зависимости от толщины покрытия для 3-х различных композитов.

Список литературы

1. О молекулярно-кинетическом взаимодействии в дисперсных системах, Журнал физической химии. Т. LV. №С.2788–2792.

2. , , Петрунин и свойства малых металлических частиц. Успехи физических наук. Т.133. №4. 1981. С.653–691.

3. Инфракрасная спектроскопия высокополимеров. М. Мир. 1966. С.177.