Multikomponentní polymerní systémy s elektromagnetickými vlastnostmi

Abstract

Tato práce se zabývá třemi typy elektricky vodivých multikomponentních polymerních systémů: 1) niklem plněné kompozity na bázi nemísitelného polymerního blendu, 2) Ni-polyanilinové (PANI) core-shell částice a 3) polypyrolem (PPy) potažené melaminové porézní struktury (MS) s koprecipitačně připravenými Fe3O4 nanočásticemi. Adhezivní polymerní kompozity plněné niklem byly zkoumány experimentálně a numerickým modelováním s cílem optimalizace elektrických a mechanických vlastností. Využití nemísitelné polymerní směsi s optimalizovaným poměrem epoxidové pryskyřice (ER) a polydimetylsiloxanu (PDMS) vedlo ke snížení elektrického perkolačního prahu (EPT) ze 7,9 na 3,7 obj.% Ni. Přídavkem PDMS byla adheze kompozitního materiálu zvýšena o 20 % a rázová houževnatost o 75 %. Před samotnou přípravou kompozitních materiálů byly provedeny simulace pomocí metody Monte Carlo a metodou konečných prvků (FEM, Digimat-Fe 6.1.1), které dobře korelovaly s naměřenou vodivostí připravených kompozitních materiálů. U syntetizovaných core-shell částic Ni-PANI obsahujících 7?60 hm.% Ni byla změřena závislost vodivosti na tlaku, kdy v lisované formě vodivost dosahovala až 10-2 S/cm. Nižší vodivost částic ve srovnání s čistým PANI byla způsobena nižším stupněm protonace. Nicméně proti čistému PANI dosahují Ni-PANI částice o dva řády vyšší magnetizaci (Ms = 34,5 emu/g). Přídavkem těchto částic do termoplastického polyuretanu došlo až k 13násobému nárůstu tuhosti. Testování těchto materiálů na elektromagnetickou interferenci ukázalo dobré stínění s absorpcí 15 % a reflexí 50 %. Elektrická vodivost v závislosti na tlaku in situ syntetizovaných MS/PPy porézních struktur mírně klesla koprecipitací nanočástic Fe3O4 z 0,05 na 0,02 S/cm. Nicméně tento pokles byl vyvážen dramatickým nárůstem magnetizace o 2 řády na Ms = 12,3 emu/g, což vedlo k nárůstu absorpce mikrovlnného záření z 50 na 75 % a poklesu transmise z 30 na 10 %. Byla provedena také karbonizace MS/PPy se zvýšeným obsahem PPy (27,4 hm.%) při 700 °C v inertní atmosféře, během které vzrostla porozita materiálu měřená specifickým povrchem (300 m2/g) a objemem pórů (0,25 cm3/g) čtyřnásobně. Změna struktury vedla k poklesu elektrické vodivosti z 0,2 na 0,03 S/cm.