Elektromagnetické vlastnosti polymerů plněných funkčními plnivy

Abstract

Předkládaná disertační práce je věnována studiu elektrických, magnetických a fyzikálně-chemických vlastností polymerních kompozitů plněných karbonylovým železem. Karbonylové železo budí pozornost díky svému širokému využití v nejrůznějších oblastech, jako je např. vstřikování, magnetoreologické tekutinym, induktivní elektronické komponenty, absorpce mikrovlnného záření a stínění elektromagnetického záření. Hlavním cílem práce je tudíž zjistit vztah mezi elektromagnetickými vlastnostmi (komplexní permitivita a permeabilita) kompozitů plněných karbonylovým železem a základními fyzikálními vlastnostmi karbonylového železa, jako je chemické složení, mikrostruktura, tvar a distribuce velikostí částic. Dále byla zkoumána časová a tepelná stabilita kompozitů plněných karbonylovým železem. Na základě tohoto výzkumu byly vyvinuty vysoce výkonné magnetické polymerní materiály. Hlavní výsledky jsou prezentovány v článcích I-III: První článek se zabývá stanovením elektromagnetických vlastností polymerních kompozitů plněných různými typy karbonylového železa ve frekvenčním rozsahu od 1 MHz do 10 GHz dvěma různými metodami, a sice impedanční a rezonanční. Významný rozdíl v hodnotách permeability a permitivity byl pozorován v oblasti vysokých frekvencí u kompozitů se základním a modifikovaným karbonylovým železem, přestože jejich chemická složení ani distribuce velikostí částic nevykazují větších rozdílů. Pozorovaný rozdíl je způsoben mikrostrukturou částic, zejména záleží na tom, zda částice mají vícevrstevnou strukturu. Cílem druhého článku je příprava termostabilních polymerních magnetických materiálů na základě polydimetylsiloxanů (PDMS) plněných karbonylovým železem s různou mikrostrukturou a modifikací povrchu částic. Zároveň byl termogravimetricky (TGA) studován vliv karbonylového železa na tepelnou destrukci PDMS s cílem najít kompromis mezi termomagnetickou a tepelnou stabilitou kompozitů plněných karbonylovým železem. Ze všech studovaných typů karbonylového železa, pouze modifikované karbonylové železo teplotně stabilizuje PDMS, což z nich společně s vysokou permeabilitou v oblasti radiofrekvencí a termomagnetickou stabilitou těchto kompozitů činí vhodné kandidáty pro vysoce výkonné materiály. Článek III se věnuje vývoji nové metody antikorozní ochrany komerčně nemodifikovaného karbonylového železa s polykrystalickou strukturou. Tato metoda sestává z potažení přášků karbonylového železa vrstvou polyanilínu (PANI) za použití surfaktantem stabilizovaných PANI koloidů v chloroformu. I malé množství PANI (cca 0,5 hm. %) vytvoří na každé částici karbonylového železa povlak o tloušťce menší než jeden mikrometr, který deaktivuje povrch částice díky vytvoření pravidelné struktury -Fe oxidu na rozhraní PANI/železo. Přitom vrstva PANI má při laboratorní teplotě zanedbatelný účinek na magnetická a dielektrická spektra kompozitů plněných karbonylovým železem.