Syntactic materials (spheroplastics) having low density due to structural features, depending on the material of the microsphere walls can have a sufficiently high strength and low thermal conductivity, which makes them promising for use as heat insulation materials. By selecting the material of the microsphere walls and the concentration of the components of the spheroplastics, their dielectric characteristics can be significantly changed. In this work, the task of modeling the effective dielectric characteristics of a syntactic material with a polymer binder and filler in the form of hollow glass microspheres is considered, taking into account the presence of technological impurities in the material. A model for calculating the effective permittivity of a sample of a syntactic material was proposed, based on a model of a matrix composite with several types of inhomogeneous or homogeneous inclusions. To calculate, a generalized effective-field approximation for a heterogeneous medium with coated inclusions was used. Model calculations were carried out for syntactic foam with an organosilicon binder polydimethylsiloxane and hollow microspheres with E-glass shell with some moisture presence in the material. Frequency dielectric characteristics of this material were obtained in the range of 10-10 Hz. It has been shown that an increase in the volume fraction of hollow microspheres leads to a decrease in the dielectric constant and the tangent of the dielectric loss angle. It has also been shown that the calculated values are in satisfactory accordance with the experimental data obtained at an electromagnetic field frequency of 9.8 GHz.
Andrey V. Bardushkin
National Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia; LLC “AlphaCHIP”, Moscow, Russia
1. Чухланов В. Ю., Панов Ю. Т., Синявин А. В., Ермолаева Е. В. Газонаполненные пластмассы. Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2008. 152 с.
2. Чухланов В. Ю., Селиванов О. Г. Исследование диэлектрических свойств синтак-тических пен на основе кремнийорганического связующего // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 8-1. С. 26–29.
3. Михайлов В. А. Синтактные материалы с высокими диэлектрическими свойствами на основе кремнийорганического полимера // Успехи современного естествознания. 2015. № 12. С. 47–50.
4. Зарубин В. С., Кувыркин Г. Н., Савельева И. Ю. Оценки диэлектрической прони-цаемости сферопластика // Радиооптика. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 3. С. 29–46. doi: https://doi.org/10.7463/rdopt.0316.0846170
5. Сферопластики как термоизолирующие защитные материалы промышленного на-значения / Т. В. Яковенко, Г. К. Яруллина, И. В. Гарустович и др. // Успехи в химии и химической технологии. 2016. Т. 30. № 8 (177). С. 71–73.
6. Трофимов А. Н. Высокотехнологичные эпоксидные связующие, полимерные ком-позиты и инновационные технологии получения радиопрозрачных изделий специального назначения из конструкционных стеклопластиков: дис. … д-ра техн. наук. М., 2018. 305 с.
7. Bowler N. Designing dielectric loss at microwave frequencies using multi-layered filler particles in a composite // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2006. Vol. 13. No. 4. P. 703–711. doi: https://doi.org/10.1109/TDEI.2006.1667727
8. Обобщенное приближение эффективного поля для неоднородной среды с включе-ниями в оболочке / В. И. Колесников, В. В. Бардушкин, И. В. Лавров и др. // Докл. Ака-демии наук. 2017. Т. 476. № 3. С. 280–284. doi: https://doi.org/10.7868/S0869565217270081
9. Фокин А. Г. О границах для эффективной диэлектрической проницаемости неоднородных материалов // ЖТФ. 1973. Т. 43. № 1. С. 71–77.
10. О вычислении эффективной теплопроводности текстурированных матричных композитов с высокой объемной долей включений / И. В. Лавров, В. В. Бардушкин, А. П. Сычев и др. // Экологический вестник научных центров Черноморского экономиче-ского сотрудничества. 2018. Т. 15. № 3. С. 92–101. doi: https://doi.org/10.31429/vestnik-15-3-92-101
11. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 660 с.
12. Физика композиционных материалов: в 2 т. / Н. Н. Трофимов, М. З. Канович, Э. М. Карташов и др.; под ред. Н. Н. Трофимова. Т. 2. М.: Мир, 2005. 344 с.
13. Путинцев Н. М., Путинцев Д. Н. Классическая теория поляризации молекуляр-ных систем. М.: Физматлит, 2011. 176 с.
14. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды / пер. с англ. А. К. Шемелина. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 280 с.
15. Обобщенное приближение Максвелла Гарнетта для текстурированных матричных композитов с включениями в оболочке / В. И. Колесников, И. В. Лавров, В. В. Бардушкин и др. // Докл. Российской академии наук. Физика, технические науки. 2021. Т. 498. № 1. С. 11–16. doi: https://doi.org/10.31857/S268674002103010X