Electromagnetic Properties of Composite Materials

Abstract

Polymerní kompozity patří mezi multifunkční (víceúčelové) materiály, kde alespoň jedna ze složek, ať už plnivo či matrice, je polymerní. V předkládané práci pod pojmem polymerní kompozit rozumíme kompozit, který se skládá z polymerní matrice plněné elektricky vodivým nebo magnetickým plnivem. Pozornost je však zejména věnována tzv. hybridním kompozitům, kde v polymerní matrici je obsaženo jak magnetické tak elektricky vodivé plnivo. Změnou koncentrace, tvaru a velikosti částic plniva stejně jako jejich struktury kompozitu lze měnit elektrické či magnetické vlastnosti materiálu. Zvýšením koncentrace plniva v kompozitu odpovídající měrou dojde k nárůstu jak jeho permitivity tak magnetické permeability. Nicméně koncentrace plniva v kompozitu je omezena maximálním plněním, které prakticky nedovoluje připravit kompozit s vyšší koncentrací než 60 obj. %. U kompozitů s vodivým plnivem dochází ke skokové změně jejich elektrických vlastností při nad prahové hodnotě plnění (perkolační práh). Magnetické kompozity, na rozdíl od elektrických, nevykazují ostrý perkolační práh a tudíž nejvyšších hodnot permeability je dosaženo při maximálním plnění. Další zlepšení magnetických vlastností lze provést několika způsoby. Jedním z nich je příprava hybridního polymerního kompozitu se strukturou "jádro-slupka", kde jádro tvoří feromagnetická částice plniva obklopená vodivou slupkou. Této morfologie lze dosáhnout dvěma způsoby. V prvním případě jsou magnetické částice zabudovány v elektricky vodivém prostředí tvořeném "spojitou" sítí vodivých částic vedených napříč polymerní matricí. V druhém případě jsou magnetické částice potaženy nanovrstvou z vodivých polymerů jako např. polyanilín či polypyrol. V obou případech má hybridní kompozit tyto vlastnosti: efektivní magnetická permeabilita a permitivita stejně jako feromagnetická resonanční frekvence (fr) se dají měnit zvolením vhodné tloušťky a vodivosti "slupky". Tudíž vhodným výběrem ať už vodivého plniva nebo změnou vodivostí organické vrstvy nanesené na magnetických částicích lze u hybridních kompozitů v radiové frekvenční oblasti do značné míry řídit jejich elektromagnetické vlastnosti, což je výhodou u materiálů absorbujících elektromagnetické záření. Absorbéry elektromagnetického záření mohou být také založeny na materiálech s vysokými dielektrickými ztrátami jak je ukázáno na příkladu hybridních kompozitů s grafitovými částicemi potaženými nevodivou formou polyanilínu nebo u exfoliovaných částic montmorillonitu pokrytých naopak elektricky vodivou formou polypyrolu. Předkládaná práce se zabývá přípravou a studiem různých typů hybridních polymerních kompozitů jak s vysokou hodnotou magnetické permeability a řízené permitivity v radiové a mikrovlnné oblasti stejně tak jako hybridních materiálů s vysokými dielektrickými ztrátami. Tyto materiály by mohly být prakticky využity pro výrobu absorbérů elektromagnetického záření.