Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Инновации в науке» № 3(64)

Рубрика журнала: Физика

Скачать книгу(-и): скачать журнал

Библиографическое описание:
Шарифов Д.М. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УГЛЕРОДНЫХ НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОВ ФОТОАКУСТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ Д.М. Шарифов, Н.И. Темиркулова, А. Мирзо, Г.Е. Сагындыкова, З.К. Саттинова, Ж.Т. Оспанова, Р. Капан // Инновации в науке: научный журнал. – № 3(64). – Новосибирск., Изд. АНС «СибАК», 2017. – С. 47-51.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УГЛЕРОДНЫХ НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОВ ФОТОАКУСТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Шарифов Джумахон Мухтарович

канд. физ.-мат. наук. и.о. доцента кафедры теплоэнергетики

Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева,

Казахстан, г. Астана

Темиркулова Низатиль Иманкуловна

канд. пед. наук, и.о. профессора кафедры технической физики Евразийского национального университета им. Л.Н.Гумилева,

Казахстан, г.Астана

Мирзо Авази

аспирант научно-исследовательского института при Таджикском национальном университете,

Таджикистан, г. Душанбе

Сагындыкова Гибрат Ерсайыновна

канд. физ.-мат. наук. и.о. доцента кафедры технической физики Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева,

Казахстан, г. Астана

Саттинова Замира Канаевна

канд. физ.-мат. наук. и.о. доцента кафедры теплоэнергетики Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева,

Казахстан, г. Астана

Оспанова Жанар Тасбековна

магистрант кафедры технической физики Евразийского национального университета им.Л.Н.Гумилева,

Казахстан, г.Астана

Капан Рауан

магистрант кафедры теплоэнергетики Евразийского национального университета им.Л.Н.Гумилева,

Казахстан, г.Астана

THE EXPERIMENTAL SET-UP TO INVESTIGATE THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF CARBON NANOCOMPOSITE POLYMERIC MATERIALS BY THE METHOD OF PHOTOACOUSTIC SPECTROSCOPY

Dzhumakhon Shariphov

candidate’s degree in Physical and Mathematical sciences, assistant professor, of Thermal engineering Department of Eurasian National University,

Astana, Kazakhstan

Nizatil Temirkulova

associated professor, candidate’s degree in Education Sciences of Technical Physics Department of Eurasian National University,

Astana, Kazakhstan

Avazi Mirzo

postgraduate of Research Institute of Tajik National University,

Dushanbe, Tajikistan

Gibrat Sagyndykova

assistant professor, candidate’s degree in Physical and Mathematical sciences of Technical Physics Department of Eurasian National University,

Astana, Kazakhstan

 Zmira Sattinova

assistant professor, candidate’s degree in Physical and Mathematical sciences of Thermal engineering Department of Eurasian National University,

Astana, Kazakhstan

Zhanar Ospanova

master student of Technical Physics Department of Eurasian National University,

Astana, Kazakhstan

Rauan Kapan

master student of Thermal engineering Department of Eurasian National University,

Astana, Kazakhstan

 

АННОТАЦИЯ

Приводятся результаты экспериментального анализа теплофизических свойств углеродных нанокомпозитных полимерных материалов методом лазерной фотоакустической спектроскопии.

ABSTRACT

Experimental analysis results of thermophysical properties of carbon nanocomposite polymeric materials by the method of photoacoustic spectroscopy are presented.

 

Ключевые слова: фотоакустическая спектроскопия, углеродные нанокомпозитные полимеры, теплофизические свойства.

Keywords: photo acoustic spectroscopy, carbon nanocomposite polymers, thermal properties.

 

Как известно, лазерный фотоакустический (ФА) метод появился после открытия мощных когерентных источников оптического излучения - лазеров, во второй половине прошлого столетия [2]. В настоящее время лазерный ФА метод, как универсальный, оперативный, бесконтактный, высокочувствительный и высокоинформативный метод успешно применяется при исследовании фундаментальных физических (теплофизических, оптических, структурных и др.) свойств различных веществ.

Основные закономерности физических процессов происходящих при лазерной ФА методе, а также области его прикладного применения, наиболее подробно отражены в фундаментальных научных трудах [1-8].

Теория лазерного ФА метода с косвенной схемой регистрации сигнала при исследовании конденсированных сред впервые и наиболее подробно изложена в работе [8]. Результаты данной теории, которая к настоящему времени стала классической и часто именуется как RG-теория, вполне удовлетворительно описывают экспериментально полученные искомые зависимости параметров ФА сигнала от оптических, теплофизических, акустических и др. свойств образцов в диапазоне температуры от комнатных до близких точкам фазовых превращений образцов.

Экспериментальная установка, характерная для ФА исследования твердотельных образцов, состоит из нескольких основных принципиальных блоков: 1) источника оптического излучения (He-Ne или Ar+ -лазер), 2) модулятора оптического излучения, 3) ФА-ячейки (камеры) с измерительным микрофоном, 4) системы обработки ФА сигнала: усилитель, синхронный усилитель, ПК с соответствующим программным обеспечением (рисунок 1).

В качестве объектов исследования (образцов) выбраны две группы углеродных нанокомпозитных тонких полимерных пленок. Выбор данных образцов, безусловно, связан с актуальностью и интенсивностью развития новых перспективных композитных полимерных материалов с улучшенными (заранее заданными) физико-химическими свойствами. Внешний вид обеих групп исследуемых образцов показан на рисунке 2.

Рисунок 1. Блок схема экспериментальной установки

 

Первая группа. Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) в качестве матрицы и углеродные наночастицы фуллерена C60 в качестве добавок (наполнителя) со следующим процентным содержанием:

1) ПЭНП (чистый)- исходный, без добавок;

2) ПЭНП+1% Фуллерен C60 ;

3) ПЭНП+3% Фуллерен C60;

4) ПЭНП+5% Фуллерен C60;

5) ПЭНП+10% Фуллерен C60.

Исследуемые образцы пленок фуллереносодержащего полиэтилена получали путем горячей отливки смесей растворов ПЭНП (ГОСТ 16337-77, Россия) и фуллерена чистотой 99,7% в толуоле при 800С в стеклянной кювете с последующей сушкой при этой же температуре в течение 24 часов.

Вторая группа. Образцы нанокомпозитных тонких полимерных пленок на основе полиметилметакрилата (ПММА) в качестве матрицы и углеродные наночастицы фуллерена С60 (в качестве добавляемой компоненты):

1) ПММА, чистый (без добавок);

2) ПММА+0.5% С60;

3) ПММА+1% С60;

4) ПММА+3% С60;

5) ПММА+5% С60.

 

Рисунок 2. Внешний вид и геометрические размеры исследуемых образцов

 

Результаты экспериментально полученных значений коэффициента температуропроводности для исходных (чистых) образцов в сравнении с литературными приведены в таблице 1.

 

Таблица 1.

Коэффициент температуропроводности для исходных (чистых) образцов

Исследуемый образец

Коэффициент температуропроводности, а×10-8, м2/сек

ФА метод

Литературный

ПММА

11,1

11,4

ПЭНП

7,0

8,0

 

Анализируя экспериментально полученные зависимости параметров ФА сигнала (амплитуды, фазы и частоты), в частности, от коэффициента температуропроводности ( ), можно определить и другие фундаментально важные значения теплофизических параметров: коэффициенты теплопроводности , теплоемкость  или плотность образцов. В частности, в таблице 2 и на рисунках 3, показаны некоторые полученные результаты для исследуемых образцов.

 

Таблица 2

Некотрые физические характеристики исследуемых образцов

 

 

Рисунок 3. Зависимость амплитуды и фазы ФА сигнала от частоты модуляции для образцов ПММА и ПЭНП

 

Таким образом, показано, что лазерный ФА метод с косвенной схемой регистрации, успешно можно применять для определения ряда фундаментально важных теплофизических свойств углеродных нанокомпозитных тонких полимерных материалов. Полученные результаты имеют важные фундаментальные и прикладные значения при дальнейших исследованиях и применении данных материалов.

 

Список литературы:

  1. Егерев С.В., Лямшев Л.М., Пученков О.В. Лазерная динамическая оптоакустическая диагностика конденсированных сред//УФН. - 1990.- Т. 160, № 9. - С. 111-154.
  2. Жаров В.П., Летохов В.С. Лазерная оптико-акустическая спектроскопия. - М.: Наука, 1984. - 320 с.
  3. Сверхчувствительная лазерная спектроскопия/Под ред. Д. Клайджера.- М.: Мир, 1986.- 520 с.
  4. Barros W.L. , Melo, R.M. Faria. Photoacoustic procedure for measuring thermal parameters of transparent solids// Appl. Phys. Lett, 67 (26), 1995, p.3892-3894.
  5. Mandelis A. Progress in Photothermal and Photoacoustic Science and Technology// New York: Elsevier, 1992. V. 1., 542 p.
  6. Reiner Salzer, Heinz W. Siesler Infrared and Raman Spectroscopic Imaging// Wiley, New York, 2009.
  7. Rosencwaig А. Photoacoustics and Photoacoustic Spectroscopy// Wiley, New York, 1980, 320 с.
  8. Rosencwaig A., Gersho A. Theory of the photoacoustic effect with solids // J. Appl. Phys. 1976, V. 47. № 1.  P. 64-69.

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом