Влияние допирования углеродных нанотрубок бором на электрические и электромагнитные свойства фосфатных композитных материалов

Abstract

Исследована возможность создания многофункциональных композитных электромагнитных материалов на основе безобжиговых термостойких механически прочных фосфатных керамик. Изучен потенциал использования недопированных и допированных бором многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ и B-МУНТ соответственно) в качестве функциональных добавок к фосфатной матрице. Установлено, что определяющим фактором, влияющим на электропроводность и высокочастотную проводимость композита, является длина МУНТ. Рост собственной проводимости борсодержащих МУНТ, по сравнению с их недопированными аналогами, не оказывает существенного влияния на возможное уменьшение сопротивления композита на их основе в статическом режиме и на его способность к электромагнитной экранировке. Причина слабого влияния заключается в малой длине B-МУНТ и, соответственно, в значительно большей, чем исследованные (до 1,5 мас. %), концентрации, необходимой для достижения порога перколяции. Напротив, использование длинных чистых МУНТ в небольших концентрациях оказывает колоссальное влияние на электромагнитные свойства фосфатного композита: при введении 1,5 мас. % МУНТ наблюдается рост электропроводности на 13 порядков и композит МУНТ/фосфат толщиной 1 мм оказывается непрозрачным для микроволнового излучения. Учитывая интерес к использованию бор-допированных МУНТ также в качестве нейтрон-поглощающих материалов, сделан вывод о необходимости усовершенствования методики синтеза B-МУНТ в целях увеличения длины последних. = The work presents a study of the possibility to develop the multifunctional composite materials based on the electromagnetically absorbing nonfired, mechanically strong and heat-resistant phosphate ceramics. The potentialities of using pure and boron doped multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs and B-MWCNTs, respectively) as functional additives to the phosphate matrix were investigated. It was found that a length of MWCNT is the determining factor for the electrical conductivity and high-frequency conductivity of the composite. Growth of the intrinsic conductivity of boron-containing MWCNTs, compared to their undoped counterparts, has no significant influence on the possible resistance decrease of the composite on their basis in the static mode and also on its ability to electromagnetic shielding. This is due to a small length of B-MWCNTs and hence much greater concentrations required to achieve the percolation threshold than those studied (up to 1,5 wt. %). On the contrary, the use of long pure MWCNTs in small concentrations has a tremendous impact on the electromagnetic properties of the phosphate composite: on introduction of 1,5 wt. % of MWCNTs one can observe increase in the conductivity by 13 orders of magnitude, and the composite MWCNTs/phosphate 1 mm thick is opaque to microwave radiation. Taking into account the interest in using the boron-doped MWNT also as neutron-absorbing materials, it is essential to improve the synthesis methods of B-MWCNTs with the aim of increasing their length.