Синтактные материалы (сферопластики), в силу структурных особенностей характеризующиеся низкой плотностью, в зависимости от материала стенок микросфер могут иметь достаточно высокую прочность и низкую теплопроводность, что делает их перспективными для использования в качестве теплоизоляционных материалов. Подбором материала стенок микросфер и концентрации компонентов сферопластиков можно существенно изменять их диэлектрические характеристики. В работе рассмотрена задача моделирования эффективных диэлектрических характеристик синтактного материала с полимерным связующим и наполнителем в виде полых стеклянных микросфер с учетом наличия в материале технологических примесей. Предложена модель для вычисления эффективной диэлектрической проницаемости образца синтактного материала, основанная на модели матричного композита с несколькими видами неоднородных или однородных включений. Для вычисления применяется обобщенное приближение эффективного поля для неоднородной среды с включениями с оболочкой. Проведены модельные расчеты для синтактической пены с кремнийорганическим связующим полидиметилсилоксаном и полыми микросферами с оболочкой из Е-стекла при наличии в материале некоторого количества влаги. Получены частотные диэлектрические характеристики данного материала в диапазоне 10-10 Гц. Показано, что увеличение объемной доли полых микросфер приводит к уменьшению диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Также показано, что расчетные значения находятся в удовлетворительном соответствии с экспериментальными данными, полученными при частоте электромагнитного поля 9,8 ГГц.
Яковлев Виктор Борисович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия; Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, г. Москва, Россия
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