Nanomeeting

 
 

Вход

Личные сообщения

Вы не авторизованы.

RSS-лента

 Хотите первыми получать новости с сайта NanoPlatfom.by? Это очень просто. Подпишитесь на RSS ленту. 

Подписаться на новости NanoPlatform.By

Литература

Министерство образования Республики Беларусь Nanomeeting - 2011 Микроэлектроника

Ссылки

Министерство образования Республики Беларусь Nanomeeting - internatiol conference Национальная академия наук Беларуси Государственный комитет по науке и технологиям ВАК - Высшая аттестационная комиссия

Поглощение электромагнитного излучения магнитно-функционализированным нанокомпозитом на основе углеродных нанотрубок

Новый класс магнитных нанокомпозитов на основе углеродных нанотрубок (УНТ) весьма перспективен для СВЧ-применений, таких как линии передачи, смесители и детекторы, антенны и адсорбирующие материалы. Поглощающие свойства нанокомпозитов на основе УНТ в основном определяются диэлектрическими потерями. Однако введение ферромагнитных наночастиц в матрицу УНТ (магнитно-функционализированные УНТ – МФУНТ) приводит к росту поглощения СВЧ-излучения вследствие магнитных потерь. Для прогнозирования поглощающих свойств нанокомпозитов на основе УНТ необходима реализация широкого спектра экспериментальных исследований и разработка теоретических подходов, учитывающих различные параметры нанокомпозитов. В частности, исследование взаимодействия электромагнитного излучения (ЭМИ) с магнитными нанокомпозитами на основе УНТ (МФУНТ-нанокомпозитами) развивается в нескольких направлениях. Одна из основных проблем здесь связана с выяснением механизмов поглощения ЭМИ такими сложными по составу нанокомпозитами, состоящими из пористой углеродной матрицы, ферромагнитных наночастиц и интерфейсов между ними. В таких системах учет свойств углеродной матрицы, наночастиц и интерфейсов становятся чрезвычайно важным. Последний вопрос – вопрос интерфейсов – может быть принят во внимание только в рамках модели, которая включает в себя параметры интерфейсов и отражает реальные физические свойства этих областей в рассматриваемом диапазоне частот.

Далее проведено теоретическое обсуждение вопросов взаимодействия ЭМИ с МФУНТ-нанокомпозитами в диапазоне частот 20–200 ГГц. При этом было уделено особое внимание роли интерфейсов (переходных областей) между углеродом и ферромагнитными наночастицами, внедренными в матрицу УНТ. Такого рода нанокомпозиты могут быть легко синтезированы в процессе роста УНТ методом химического парофазного осаждения на основе разложения органического прекурсора с использованием в качестве катализаторов 3d ферромагнитных металлов, таких как Fe, Ni и Co.

Модель случайного распределения ферромагнитных наночастиц в углеродной матрице, характеризуемого наличием резистивно-индуктивно-емкостных связей (контуров), была использована для расчета взаимодействия ЭМИ с МФУНТ-нанокомпозитами и определения их коэффициентов отражения (R) и пропускания (T) на частотах выше 1 ГГц. Модель учитывает как магнитные свойства наночастиц, так и структурные, диэлектрические и магнитные свойства УНТ матрицы. Интерфейс между наночастицами и УНТ матрицей также принимался во внимание через волновой импеданс. Рассчитанные значения коэффициентов R и T адекватно описывают экспериментальные данные для диапазоновX (8-12 ГГц) и Ka (26-38 ГГц).

В настоящей работе использовался подход, при котором выражения для магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости нанокомпозита модифицировались с учетом свойств интерфейса. В частности, мы принимаем во внимание, что в диапазоне частот до десятков и сотен ГГц свойства проводящих элементов УНТ, металлических наночастиц и резистивных интерфейсов начинают зависеть от паразитных емкостных и индуктивных параметров. Мы используем самый простой RiLiCi резонансный фильтр для имитации вклада интерфейса в рассматриваемом диапазоне частот. Импеданс интерфейса зависит от вклада резонансных цепей, содержащих активное сопротивление Ri, индуктивность Li и емкость Ci. Их резонансная частота . Далее мы рассматриваем случаи последовательных и параллельных соединений этих элементов, которые образуют контуры.

На рис. 1 приведены рассчитанные зависимости R(f) и T(f) для последовательного RiLiCi-контура при различных значениях Ri, Li, и Ci.

Рисунок 1 – Частотные зависимости коэффициентов отражения R(кривые 1 и 3) и пропускания Т (кривые 2 и 4) МФУНТ-нанокомпозита для последовательного RiLiCi-контура. Резонансные частоты указаны на рисунке вертикальными линиями. (a) 1, 2R= 0,012 Ом, L= 0,4 пГн, C= 20 пФ (резонансная частота f= 56,3 ГГц); 3, 4Ri = 0,01 Ом, L= 0,25 пГн,       C= 18 пФ (f= 75 ГГц); (b) Ri = 0,003 Ом, L= 20 пГн, C= 2 пФ (f= 79,6 ГГц).

Как видно из рис. 1а вблизи резонансной частоты контура получена нелинейность зависимость коэффициентов R(f) и T(f) (кривые 1 и 2, соответственно). Кроме того, результаты расчетов показывают, что при некотором значении параметров контура коэффициенты отражения и пропускания существенно возрастают (рис. 1а, кривые 3 и 4). Следовательно, параметры RiLiCi-контура определяют характер частотной зависимости коэффициентов R и T- от плавного, размытого резонанса до резкого их возрастания при определенных частотах. В последнем случае резонанс характеризуется заметными ступеньками на зависимостях R(f) и T(f). Так, значения коэффициента отражения увеличиваются от -2 почти до 0 дБ, а коэффициент пропускания возрастает от -22 до -10 дБ. Ширина ступеньки, как показали расчеты, может достигать 10–15 ГГц. Установлено, что уменьшение индуктивности и емкости интерфейса приводит к сдвигу резонанса в сторону более высоких частот. Рост Li и Ci (или Ri) приводит к сдвигу частоты резонанса в область более низких частот, сужению ширины резонанса и переходу к размытому неявному резонансу (рис. 1а, кривые 1 и 2).

Уменьшение величины Li и Ci до значений, при которых резонансная частота выходит за пределы исследуемого диапазона, ведет к сглаживанию зависимостей коэффициентов R и T от частоты. Рост индуктивности на несколько порядков, и соответствующее уменьшение Ci таким образом, что резонансная частота остается в рассматриваемом диапазоне, приводит к сужению резонанса (рис. 1b). Таким образом, в случае интерфейса, представленного последовательным контуром, появление резонансных свойств нанокомпозита происходит на частотах, близких к резонансной частоте RiLiCi-контура.

В случае параллельного контура мы наблюдали ступеньки на зависимостях R(f) и T(f) (рис. 2). Отражательная способность и прозрачность резко уменьшаются. Поэтому, в этом случае резонанс наблюдается при 66,4 ГГц (159 ГГц) и он не связан непосредственно с резонансными свойствами контура, а обусловлен особенностями комплексного нанокомпозита.

Рисунок 2 – Частотные зависимости коэффициентов отражения R(кривые 1 и 3) и пропускания Т (кривые 2 и 4) МФУНТ-нанокомпозита для параллельного RiLiCi-контура. 1, 2R= 0,002 Ом, L= 0,08 пГн, C= 10 пФ (f0 = 172,6 ГГц); 3, 4Ri = 0,009 Ом, L= 0,05 пГн,      C= 10 пФ (f0 = 225,1 ГГц). 

Сайт сделан в Центре Наноэлектроники и Новых Материалов, НИЧ БГУИР, по заказу Министерства Образования РБ.