Теоретичний аналіз теплопровідності полімерних систем, наповнених вуглецевими нанотрубками

Автори Е.А. Лисенков , Р.В. Дінжос
Приналежність

Миколаївський національний університет ім. В.О. Сухомлинського, вул. Нікольська, 24, 54030 Миколаїв, Україна

Е-mail
Випуск Том 11, Рік 2019, Номер 4
Дати Одержано 21 квітня 2019; у відредагованій формі 02 серпня 2019; опубліковано online 22 серпня 2019
Посилання Е.А. Лисенков, Р.В. Дінжос, Ж. нано- електрон. фіз. 11 № 4, 04004 (2019)
DOI https://doi.org/10.21272/jnep.11(4).04004
PACS Number(s) 73.63.Fg, 74.50.+ r
Ключові слова Теплопровідність (8) , Полімерні нанокомпозити (7) , Вуглецеві нанотрубки (15) , Моделі теплопровідності, Перколяція (4) .
Анотація

Використовуючи методи математичного моделювання, проаналізовано основні теоретичні моделі теплопровідності полімерних нанокомпозитів (моделі Расселла, Л’юїса-Нільсена, Нана, Ліхтенекера та перколяції) та їх відповідність експериментальним результатам для систем полімер-вуглецеві нанотрубки (ВНТ). Для встановлення відповідності між теоретичними моделями та експериментом були використані експериментальні результати концентраційної залежності теплопровідності для систем поліетиленоксид-ВНТ (кристалічна матриця) та сітчастий поліуретан-ВНТ (аморфна матриця). Встановлено, що модель Расселла частково описує експериментальні дані, лише при низькому вмісті наповнювача. Проте ця модель не може описати зміну теплопровідності зі збільшенням вмісту наповнювача для систем, наповнених ВНТ. Модель Льюїса-Нільсена передбачає лінійну залежність між теплопровідністю і вмістом наповнювача. Але така поведінка теоретичної кривої не відповідає стрибкоподібній зміні теплопровідності, отриманої в результаті експерименту. Встановлено, що з використанням моделі Нана неможливо точно описати експериментальні результати теплопровідності обраних систем. Використовуючи модифіковану модель Ліхтенекера, можна отримати часткове узгодження теоретичної кривої з експериментальними результатами. Ця модель дозволила визначити величину теплового опору досліджуваних систем полімер-ВНТ, який дорівнює 2·107 Вт/(м2·K). Виявлено, що перколяційна модель демонструє гарну відповідність з експериментальними даними теплопровідності для систем полімер-ВНТ. Ця модель враховує наявність порога перколяції. Перевагою цієї моделі є врахування структурних особливостей формування перколяційного кластера, які виражаються через універсальні критичні індекси k і q. Однак критичні показники для досліджуваних систем полімер-ВНТ, визначені з використанням даної моделі, виявилися нижчими, ніж теоретичні, що пов’язано з високим ступенем агрегації ВНТ.

Перелік посилань