ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ КОМПОЗИТНЫХ ВОЛОКОН НА ОСНОВЕ Fe₃O₄

А. Лесбаев; Д. Акалим; Д. Ережеп

doi:10.26577/JPEOS.2024.v26-i2-a4

Авторы

А. Лесбаев Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева https://orcid.org/0000-0001-8433-9279
Д. Акалим Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева https://orcid.org/0009-0008-2875-4230
Д. Ережеп Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева https://orcid.org/0000-0002-2232-2911

DOI:

https://doi.org/10.26577/JPEOS.2024.v26-i2-a4

23 8

Ключевые слова:

Магнетит, Наночастицы, Fe3O4, Химическая конденсация, Защитные материалы, Электромагнитное излучение

Аннотация

В современных фундаментальных и прикладных исследованиях защитные материалы, содержащие наноструктуры, становятся все более популярными, что обусловливает их широкое применение в таких областях, как медицина, фармацевтика, электроника и многих других. В данной работе рассматривается метод химической конденсации для интеграции магнитных наночастиц с суперпарамагнитными свойствами в структуры полимерных волокон, открывая новые горизонты для разработки материалов, способных защищать от электромагнитного излучения. Наночастицы магнетита (Fe3O4) были синтезированы методом химической конденсации при оптимальном соотношении двух водных растворов солей железа. В качестве исходных реагентов использовались сульфат железа (FeSO4·7H2O), трихлорид железа (FeCl3·6H2O) и 25%-ный водный раствор аммиака (NH4OH·H2O). Исследования сосредоточены на изучении ультратонких композитных волокон, полученных из синтезированных наночастиц магнетита. В работе будет проведен детальный анализ кристаллической структуры, фазового состава и физико-химических свойств магнитных наполнителей. Для этого будут использованы методы визуализации, такие как сканирующая электронная микроскопия (SEM), трансмиссионная электронная микроскопия (TEM), рентгеноструктурный анализ (XRD) и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDAX). Также будет проведен анализ факторов, влияющих на экранирующие свойства композитных материалов. Полученные результаты могут значительно расширить спектр применения полимерных волокон в качестве защитных материалов в различных высокотехнологичных отраслях.

Биографии авторов

А. Лесбаев, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева

Лесбаев Айдос Бакытжанович – PhD, заведующий кафедрой общей физики, КазНИТУ им. К.И. Сатпаева (г. Алматы Казахстан, эл.почта: i_dos_90@mail.ru)

Д. Акалим, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева

Акалим Досжан Алибекулы – докторант КазНИТУ им. К.И. Сатпаева (г. Алматы Казахстан, эл.почта: doszhan.a.a@gmail.com).

Д. Ережеп, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева

Ережеп Дархан Есейулы (автор-корреспондент) – PhD, к.т.н., заведующий кафедрой Стандартизации, сертификации и метрологии, КазНИТУ им. К.И. Сатпаева (г. Алматы Казахстан, эл.почта: darhan_13@physics.kz)

Библиографические ссылки

Z.P. Wu, T. Liu, D.M. Chen, G. Wu, Q.H. Wang, Y.H. Yin, Y.S. Li, Q.F. Xu, A. Krishamurthy, A facile method to improving the electromagnetic interference shielding of a free-standing and foldable carbon nanotube mat, RSC Adv. 6 (2016) 62485–62490. https://doi.org/10.1039/C6RA11507A.

R.B. Jagadeesh Chandra, B. Shivamurthy, S.D. Kulkarni, M.S. Kumar, Hybrid polymer composites for EMI shielding application- a review, Mater. Res. Express. 6 (2019) 082008. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aaff00.

M. Patadia, A. Quinn, M. Tank, C. Jolowsky, L. Luiz, A. Psulkowski, M. Kurilich, A. De Leon, R. Liang, R. Sweat, Enhanced multifunctionality in carbon fiber/carbon nanotube reinforced PEEK hybrid composites: Superior combination of mechanical properties, electrical conductivity, and EMI shielding, Compos. Part B Eng. 284 (2024) 111674. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111674.

R. Bahramian, M.B. Nezafati, S. Hamed Aboutalebi, Recent progress and prospects of two-dimensional materials for electromagnetic interference shielding, FlatChem. 47 (2024) 100722. https://doi.org/10.1016/j.flatc.2024.100722.

P. Velayudhan, K. M S, N. Kalarikkal, S. Thomas, Exploring the Potential of Sustainable Biopolymers as a Shield against Electromagnetic Radiations, ACS Appl. Bio Mater. 7 (2024) 3568–3586. https://doi.org/10.1021/acsabm.4c00421.

S. Wen, D.D.. Chung, Electromagnetic interference shielding reaching 70 dB in steel fiber cement, Cem. Concr. Res. 34 (2004) 329–332. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2003.08.014.

Y.-J. Chen, Y. Li, B.T.T. Chu, I.-T. Kuo, M. Yip, N. Tai, Porous composites coated with hybrid nano carbon materials perform excellent electromagnetic interference shielding, Compos. Part B Eng. 70 (2015) 231–237. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.11.006.

R. Kumar, S.R. Dhakate, P. Saini, R.B. Mathur, Improved electromagnetic interference shielding effectiveness of light weight carbon foam by ferrocene accumulation, RSC Adv. 3 (2013) 4145. https://doi.org/10.1039/c3ra00121k.

H. Liu, Y. Yang, N. Tian, C. You, Y. Yang, Foam-structured carbon materials and composites for electromagnetic interference shielding: Design principles and structural evolution, Carbon N. Y. 217 (2024) 118608. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118608.

G.K. Sharma, S.L. Joseph, N.R. James, Recent Progress in Poly (3,4‐Ethylene Dioxythiophene): Polystyrene Sulfonate Based Composite Materials for Electromagnetic Interference Shielding, Adv. Mater. Technol. 9 (2024). https://doi.org/10.1002/admt.202301203.

N. Luo, Y. Zhang, H. Zhang, T. Liu, Y. Wang, F. Chen, Q. Fu, Electromagnetic interference shielding performance of lightweight aramid nanofiber/graphene composite aerogels, J. Mater. Chem. A. 12 (2024) 10359–10368. https://doi.org/10.1039/D3TA07473K.

M. Rahaman, D. Khastgir, A.K. Aldalbahi, eds., Carbon-Containing Polymer Composites, Springer Singapore, Singapore, 2019. https://doi.org/10.1007/978-981-13-2688-2.

D.D.L. Chung, Materials for Electromagnetic Interference Shielding, J. Mater. Eng. Perform. 9 (2000) 350–354. https://doi.org/10.1361/105994900770346042.

J. Joo, A.J. Epstein, Electromagnetic radiation shielding by intrinsically conducting polymers, Appl. Phys. Lett. 65 (1994) 2278–2280. https://doi.org/10.1063/1.112717.

A. De Souza Gomes, ed., New Polymers for Special Applications, InTech, 2012. https://doi.org/10.5772/3345.

N.C. Das, T.K. Chaki, D. Khastgir, A. Chakraborty, Electromagnetic interference shielding effectiveness of ethylene vinyl acetate based conductive composites containing carbon fillers, J. Appl. Polym. Sci. 80 (2001) 1601–1608. https://doi.org/10.1002/app.1253.

M. Das, P.P. Sethy, B. Sundaray, EMI shielding performance of graphene oxide reinforced polyaniline/polystyrene solution cast thin films, Synth. Met. 296 (2023) 117369. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2023.117369.

A. Rezvani-Moghaddam, Z. Ranjbar, U. Sundararaj, A. Jannesari, A. Dashtdar, Edge and basal functionalized graphene oxide nanosheets: Two different behavior in improving electrical conductivity of epoxy nanocomposite coatings, Prog. Org. Coatings. 172 (2022) 107143. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2022.107143.

S. Yasufuku, Technical progress of EMI shielding materials in Japan, IEEE Electr. Insul. Mag. 6 (1990) 21–30. https://doi.org/10.1109/57.63095.

K. Osouli-Bostanabad, E. Hosseinzade, A. Kianvash, A. Entezami, Modified nano-magnetite coated carbon fibers magnetic and microwave properties, Appl. Surf. Sci. 356 (2015) 1086–1095. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.08.115.

X. Wang, X. Xing, H. Zhu, J. Li, T. Liu, State of the art and prospects of Fe3O4/carbon microwave absorbing composites from the dimension and structure perspective, Adv. Colloid Interface Sci. 318 (2023) 102960. https://doi.org/10.1016/j.cis.2023.102960.

H. Salimkhani, F. Movassagh-Alanagh, H. Aghajani, K. Osouli-Bostanabad, Study on the Magnetic and Microwave Properties of Electrophoretically Deposited Nano-Fe3O4 on Carbon Fiber, Procedia Mater. Sci. 11 (2015) 231–237. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.11.118.

S. Bagheri, N.M. Julkapli, Modified iron oxide nanomaterials: Functionalization and application, J. Magn. Magn. Mater. 416 (2016) 117–133. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.05.042.

A.P. Mehta, C. V. Pardeshi, Multifunctional Magnetic Nanoparticles: An Effective Theranostic Carrier System, in: Nanomater. Drug Deliv. Syst., Springer International Publishing, Cham, 2023: pp. 175–207. https://doi.org/10.1007/978-3-031-30529-0_6.

K.Q. Jabbar, A.A. Barzinjy, S.M. Hamad, Iron oxide nanoparticles: Preparation methods, functions, adsorption and coagulation/flocculation in wastewater treatment, Environ. Nanotechnology, Monit. Manag. 17 (2022) 100661. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2022.100661.