Диссертация (1097714), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Сиспользованием этих частиц были синтезированы полимерные композиты, в которыхобъемная концентрация частиц была 15, 25 и 55 %.Форма и размеры исследуемыхобразцов приведены на рис.5.34 (C ).Предварительный анализ влияния ориентирования частиц магнитным полем впроцессе полимеризации для образца с 25% объемной долей частиц, показал, что такимобразом можно достигать увеличения магнитодеформационного эффекта в несколько раз,по сравнению с композитом, в котором частицы гомогенно расположены во всем объеме(Рис.5.35.). При этом анализ мессбауэровского спектра композитного образца, полученногометодом КЭМС, продемонстрировал отсутствие взаимодействия частиц в матрицеполимера и наличие выделенного направления среднего микроскопического магнитногомомента в плоскости, которая связана с направленным расположением частиц в матрицеполимера.Cтабилизация частиц в процессе полимеризации внешним магнитным полемприводит к их пространственно- анизотропному расположению в матрице вдоль силовыхлиний магнитного поля: цепочки больших частиц покрыты цепочками частиц малогоразмера.
Такое неоднородное расположение частиц вдоль линийобусловленокомплексным действием магнитных, гравитационных сил и вязкостью полимера, ихарактерно для полимерных композитов с магнитными частицами [396 ].активации порошок выдерживался в мельнице в атмосфере аргона для пассивации. 2) Формированиеполимерной суспензии 3) формирование суспензии полимер-частицы и ее гомогенизация при помощиультразвукового сонотрода 18 kHz (Bandelin HD2200) 4) заполнение жидким композитной суспензиейпрямоугольных тефлоновых форм и 5) окончательная полимеризация в форме в проходила в двух режимахбез наложения магнитного поля и в поле 0.5T в термостате.211Интенсивность, отн.ед.43210-10-505Скорость, мм/с10Рисунок 5.35.
полевые зависимости магнитострикции для частиц FeGa, композита со свободнойориентацией частиц (FeGa-PU RO), композита с ориентированными магнитным полемчастицами (FeGa-PU MO), поликристаллической пленки FeGa (meltspun) и монокристалла FeGa(singlecrystal) (а); КЭМС спектра композита (б)В наших работах было показано, что интенсивное механическая обработка частицжелеза (объемно-центрированной кубической структуры) в шаровой планетарной мельницеприводит к формированию в частицах наведенной деформацией магнитной анизотропии.Показано, что при используемых параметрах механического воздействия частицы железаизмельчаются и расплющиваются в вытянутые пластинки (с соотношением сторон больше1), при этом ось легкого намагничивания лежит вдоль плоскости расплющивания.
Впроцессеполимеризациивмагнитномполеанизотропныепоформечастицывыстраиваются вдоль линий приложенного магнитного поля своими «длинными» осямивдоль оси легкого намагничивания.Результаты измерений магнитострикции (dλ/λ) отвеличины приложенного поля (Н)демонстрируют зависимость величины эффекта оториентации частиц в композите. Следует отметить, что достижение насыщенияосуществляется в полях больше 3-4 кЭ, как в случае ориентированных полем частиц, так ихаотическирасположенныхвполимернойматрице.Величинамагнитострикциимаксимальна для частиц ориентированных магнитным полем в полиуретане и достигаетзначения 1*10-4 .Это значение значительно меньше величин, характерных для монокристаллическогои поликристаллического состояния FeGa сплава.
Направленное ориентирование частиц вполимере позволило увеличить величину магнитострикции в три раза. Однородноемагнитное поле, приложенное к образцу, создает появление явления магнитострикции,механизм которой обусловлен рядом факторов. Один из них связан с появлением у теласобственного макроскопического (размагничивающего) поля, величина и пространственноераспределение которого определяются формой тела и общим содержанием в нем212магнетика.
Этот эффект вызывает удлинение образца, то есть магнитострикция формыположительна. Еще один фактор обусловлен неоднородностью локальных полей. По этойпричине формируемый им вклад в общую величину магнитострикции существенно зависитот типа ближнего порядка в подсистеме магнитных частиц, внедренных в эластомернуюматрицу. Кроме того, для образца заданных размеров при заданной концентрации частицнаполнителя полимерной матрицы величина магнитострикции должна зависеть от наличияпространственныхмежчастичныхкорреляций.Определяющимфакторомсчитаютсоотношение между численностями изолированных частиц и частиц, агрегированных вцепочечные кластеры, причем влияние цепочек на общую деформацию тем значительнее,чем больше их длина.
Следует отметить, что в нашей работе для формирования композитаиспользуются частицы материала, который сам по себе принадлежит к классувысокомагнитострикционных материалов. Наличие упругих напряжений в частицахвследствие механохимического способа их получения, является усиливающим факторомувеличения в них магнитострикционного эффекта.Ввиду того что с недавнего времени возрос интерес к композитным и гибриднымсистемам, в частности, для интеллектуальных устройств, где высокодисперсный магнитныйнаполнитель помещен в очень мягкий (G ~ 10–100 кПа) полимер, а величины достигаемыхмагнитострикционных эффектов по расчетам в умеренных полях достигают 10% весьмаперспективным представляется развитие способов формирования таких структур, вкоторыхвозможноповыситьмагнитострикционныйэффектзасчетэффектов,обуславливаемых композиционным составом, структурой, размером, количеством ианизотропией пространственного расположения частиц в эластичной матрице.Для этих целей в нашей работе [303] были проведены исследования влиянияконцентрацииипространственногорасположениямеханосинтезированныхмагнитострикционных частиц в матрице полимера на магнитные и механические свойстваметаллополимерныхкомпозитов,синтезированныхпопредложеннойтехнологии.Полученные образцы с объемной фракцией частиц 15, 25 и 55% при полимеризации вприложенном магнитном поле (0.5Т) продемонстрировали остаточную намагниченность(Jr) при комнатной температуре, приобретенную при полимеризации во внешнеммагнитном поле (рис.5.36 ).При этом, синтезированные образцы демонстрировали анизотропию «естественнойостаточной намагниченности» (RM) Jr при комнатной температуре, приобретенной в ходеполимеризации как для образцов, синтезированных без поля, так и полимеризованных вовнешнем магнитном поле.
Величина Jr линейно возрастает с увеличением концентрациичастиц наполнителя . Анизотропия "естественной остаточной намагниченности" (ЕОН),213приобретенной при синтезе образцов в лабораторном магнитном поле (порядка Земногомагнитного поля и в поле 0,5Т), вычислялась по результатам измерений ЕОН навысокочувствительном спин-магнитометре JR-6 (AGIKO).Рисунок 5.36.
Концентрационные зависимости остаточной намагниченности, температурыстеклования и модуля Юнга для FeGa/Pu композитов (А) и магнетодеформационного эффекта (B)Результаты исследования анизотропии "естественной остаточной намагниченности" (ЕОН)в трех взаимно ортогональных направлениях показали, что наблюдается пропорциональнаязависимость объемной намагниченности (М) от концентрации частиц: при увеличенииконцентрации частиц общая намагниченность возрастает, что ожидаемо вследствиеиспользования ферромагнитных частиц. При этом обнаружено, что в образцах формируетсяпространственнаянеоднородныманизотропиярасположениемнамагниченности,частицвматрице.обусловленнаяНаиболеевозможнымпространственно-анизотропным образцом оказался образец с 15% частиц, в котором величинанамагниченности максимальна вдоль направления приложения магнитного поля приполимеризации.Магнитныеизмеренияполевыхзависимостейнамагниченностинасыщенияпроведенные при комнатной температуре в диапазоне полей ±16кЭ также показалианизотропию поведения намагниченности в направлении приложения магнитного поля приполимеризацииПолевая зависимость магнетодеформационного эффектазависимость от концентрации частиц впроявилаобратнуюполимерной матрице.
Максимум значениямагнетодеформационного эффекта достигался для всех образцов при 12 кЭ и увеличивалсянемонотонно с уменьшением объемной концентрации частиц. В результате процесса214полимеризации во внешнем магнитном поле наибольший магнетодеформационный эффектнаблюдался длякомпозита с низкой концентрацией ферромагнитных частиц(15%).Численное значение магнетодеформационного эффекта в этом случае приближалось кзначениям, наблюдаевшихся по литературным данным дляполикристаллическогогалфенола.Механические свойства композита (измеренные вдоль направления приложенного впроцессе полимеризации магнитного поля), а именно температурная зависимость модуляупругости, вязкость (tanδ) и температура стеклования Tg показали неожиданноенемонотонную увеличение с концентрацией частиц.
Образцы показали характернуютемпературу стеклования Tg для полиуретанов, область - плато эластичности до 180 С,начало деградации после 200 ° С.Наполнение жидкого полиуретана частицами меняет его реологические свойства,поэтому естественно было ожидать увеличение модуля упругости, который характеризуетколичественно энергию, запасенную упругим материалом при деформации, а такжетемпературы стеклования Tg от концентрации наполнителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
