CC BY
3
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ июль-август 2024 Том 24 № 4 http://ntv.ifmo.ru/
I/ITMO SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL OF INFORMATION TECHNOLOGIES, MECHANICS AND OPTICS ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ
July-August 2024 Vol. 24 No 4 http://ntv.ifmo.ru/en/
ISSN 2226-1494 (print) ISSN 2500-0373 (online)
ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ OPTICAL ENGINEERING
doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-4-529-537 УДК 535.92; 535.34; 535.399
Органо-неорганические светопоглощающие композиты для ближней инфракрасной области спектра Сергей Константинович Евстропьев1, Валерий Михайлович Волынкин2, Дмитрий Владимирович Булыга3®, Вячеслав Александрович Островский4, Константин Николаевич Макаров5, Константин Владимирович Дукельский6, Григорий Сергеевич Полищук7
1,2,зд7 до «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация 4,5 АО «Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований», Троицк, 108840, Российская Федерация
1 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-0160-8443
2 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6325-1507
3 [email protected]и, https://orcid.org/0000-0001-8861-2527
4 [email protected], https://orcid.org/0009-0000-9114-2116
5 [email protected], https://orcid.org/0009-0004-3280-3489
6 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-1627-7499
7 [email protected], https://orcid.org/0009-0005-9358-6040
Аннотация
Введение. В работе выполнен синтез и проведено исследование структуры и свойств органо-неорганических оксида меди (^О) и магнетит ^3О4)-содержащих эпоксидных композитов, поглощающих излучение в ближней инфракрасной области спектра. Метод. Синтез композитов осуществлен введением микропорошков ^О и Fe3O4 в жидкую эпоксидную композицию с последующей гомогенизацией смеси и ее полимеризацией. Исследование структуры и свойств органо-неорганических композитов проведено методами оптической микроскопии, инфракрасной спектроскопии, оптической спектроскопии, исследованием микротвердости материалов. Основные результаты. По данным, полученным на основании инфракрасных спектров поглощения, введение оксидных частиц снижает степень отверждения эпоксидного полимера на 20-28 %. Fe3O4-содержащие композиты демонстрируют относительно низкое (до 4,2 %) отражение света в спектральном диапазоне 1000-1100 нм, что соответствует проведенным оценочным расчетам. При введении микропорошков ^О и Fe3O4 в состав эпоксидного полимера его микротвердость может быть увеличена от 120 до 160 МПа. Обсуждение. Полученные в работе экспериментальные результаты могут служить основой для разработки органо-неорганических композиционных материалов для лазерной техники, поглощающих излучение в ближней инфракрасной области спектра.
Ключевые слова
поглощение света, композит, эпоксидная смола, микропорошок
Ссылка для цитирования: Евстропьев С.К., Волынкин В.М., Булыга Д.В., Островский В.А., Макаров К.Н., Дукельский К.В., Полищук Г.С. Органо-неорганические светопоглощающие композиты для ближней инфракрасной области спектра // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 4. С. 529-537. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-4-529-537
© Евстропьев С.К., Волынкин В.М., Булыга Д.В., Островский В.А., Макаров К.Н., Дукельский К.В., Полищук Г.С., 2024
Organic-inorganic light-absorbing composites for near infrared part of spectrum
Sergey K. Evstropiev1, Valery M. Volynkin2, Dmitry V. Bulyga3«, Vyacheslav A. Ostrovskii4, Konstantin N. Makarov5, Konstantin V. Dukelskii6, Grigoriy S. Polishchuk7
1,2,3,6,7 JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation 4,5 AO "GNTs RF TRINITI", Troitsk, 108840, Russian Federation
1 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-0160-8443
2 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6325-1507
3 [email protected]«, https://orcid.org/0000-0001-8861-2527
4 [email protected], https://orcid.org/0009-0000-9114-2116
5 [email protected], https://orcid.org/0009-0004-3280-3489
6 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-1627-7499
7 [email protected], https://orcid.org/0009-0005-9358-6040
Abstract
Synthesis and study on structure and properties of organic-inorganic composites based on epoxy resin, CuO and Fe3O4 absorbing light in infrared part of spectrum was performed. The composites synthesis was performed by introduction of CuO and Fe3O4 micropowders into liquid epoxy composition with subsequent homogenization of the mixture and polymerization. The study on structure and properties of organic-inorganic composites was performed by methods of optical microscopy, infrared and visible spectroscopy, study on microhardness. According to the IR spectroscopy data, introduction of oxide particles leads to decrease in epoxy polymer degree of calcification. The composites containing Fe3O4 show relatively low light reflection until 4.2 % in the spectral range of 1000-1100 nm that corresponds to the theoretical estimation data. Incorporation of CuO and Fe3O4 micropowders into the epoxy polymer leads to an increase in microhardness from 120 to 160 MPa. Obtained experimental data can serve as the base for development of IR-absorbing organic-inorganic composites for laser technology. Keywords
light absorption, composite, epoxy resin, micropowder
For citation: Evstropiev S.K., Volynkin V.M., Bulyga D.V., Ostrovskii V.A., Makarov K.N., Dukelskii K.V., Polishchuk G.S. Organic-inorganic light-absorbing composites for near infrared part of spectrum. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2024, vol. 24, no. 4, pp. 529-537 (in Russian). doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-4-529-537
Введение
Органо-неорганические композиты на основе органических полимеров используются в различных оптических приложениях [1-7]. Композиции на основе эпоксидных полимеров обладают высокими механическими свойствами [3, 8-11], демонстрируют высокую адгезию к поверхности различных материалов [9, 12] и могут быть модифицированы различными функциональными компонентами [1-5]. Различные органо-неорганические композиции на основе эпоксидных полимеров были использованы в работах [2-5] для создания светопогло-щающих оптических материалов.
Известными недостатками органических полимеров, существенно ограничивающими их применение в мощных лазерных системах, являются низкие термостабильность и теплопроводность [6], а также небольшая микротвердость, существенно затрудняющая обработку их поверхности. Для устранения перечисленных недостатков и других функциональных характеристик органических полимерных материалов в их состав вводят различные модифицирующие неорганические компоненты [1-8, 13-15].
Одними из наиболее термостойких и твердых органических полимеров являются материалы на основе эпоксидных смол [16]. Термостойкость и микротвердость эпоксидных полимеров может быть дополнительно повышена при введении в их состав оксидных модификаторов. Так, введение оксида меди (СиО) в состав композитов на основе эпоксидных полимеров используется для улучшения их функциональных ха-
рактеристик [12, 13, 17, 18]. В работе [12] показано, что добавки СиО повышают механическую прочность на сжатие композитов и их термостабильность. В [13] отмечено, что при введении в эпоксидный полимер 5 масс.% СиО температура термического разложения материала увеличивается на 28 °С. Значительное (более чем в три раза) увеличение теплопроводности эпоксидного материала наблюдалось в работе [18] при введении в его состав 25 масс.% СиО. Кроме того, известно, что СиО обладает высоким поглощением в видимом диапазоне электромагнитного спектра [19-21]. Ширина запрещенной зоны этого материала составляет около 1,45 эВ [19, 20]. В [19, 22] исследованы спектральные свойства кристаллов СиО различной дисперсности и показано, что этот оксид может быть использован в качестве поглотителя солнечной энергии [19] или насыщаемого поглотителя в лазерных системах [22].
Другим оксидным светопоглощающим материалом, используемым в оптических приложениях, является магнетит ^еэО^ [3, 23-25]. Спектральные свойства коллоидных растворов FeзO4 в спектральном диапазоне 400-1050 нм исследованы в [23]. В этой работе по экспериментальным данным оптической анизотропии магнитных коллоидов проведено определение комплексного показателя преломления наноразмерного Fe3O4 и осуществлено сопоставление полученных результатов с данными известных научных работ. Приведенные в [23] результаты свидетельствуют о существенном разбросе исследованных данных о показателях преломления и поглощения FeзO4.
Цель работы — синтез и исследование спектральных и механических свойств органо-неорганических композитов, обладающих существенным светопоглоще-нием в ближней инфракрасной (ИК) области электромагнитного спектра. В работе использован эпоксидный полимер с различным содержанием добавок микропорошков CuO и Fe3O4.
Материалы и методы
В настоящей работе использована эпоксидная смола марки ЭД-221 (Химэкс Лимитед, Россия) как полимерная основа композитов. В качестве отвердителя эпоксидной смолы применен полиоксипропиленамин (Джеффамин Д-230) (альфа-(2-аминометилэтил)-оме-га-(2-аминометилэтокси) поли[окси-(метил-1,2-этан-диил)] (Huntsman Holland BV, Netherlands). В состав полимерной матрицы введен трибутилфосфат в качестве пластификатора. Выбор этих исходных материалов для синтеза полимерной матрицы обусловлен их высокой чистотой, однородностью и воспроизводимостью свойств получаемого материала. Использованная в работе эпоксидная полимерная композиция включала: ЭД-22 — 72 масс.%; Джеффамин Д-230 — 23 масс.%; трибутилфосфат — 5 масс.%.
Для создания композитов, поглощающих излучение в ближней ИК области спектра, в состав полимерной композиции были введены добавки порошков CuO и Fe3O4. На микрофотографиях порошков (рис. 1) видно, что они состоят из частиц неправильной формы, имеющих размер несколько десятков микрометров.
Полученные композиты представляли собой твердые монолитные материалы черного цвета с гладкой, зеркально отражающей свет поверхностью. Данные оптической микроскопии (рис. 1, с) свидетельствуют о наличии на поверхности композитов тонкой пленки эпоксидного полимера.
На первом этапе синтеза выполнено изготовление полимерной композиции путем добавления Джеффамина ДТ-230 и трибутилфосфата к ЭД-22. Полимерные композиции перемешивались вручную в течение 10 мин, затем в них добавлялись порошки оксидов. После тщательного ручного перемешивания в течение 5 мин композиция заливалась в силиконовые формы и выдерживалась при температуре 20 °С в течение трех суток для полного завершения процессов полимеризации. Химический состав синтезированных композитов приведен в табл. 1. Было синтезировано по одному образцу каждого состава.
Выполнено исследование спектров отражения полученных композитов с помощью спектрофотометра Perkin Elmer 900 UV/VIS/NIR (PerkinElmer, inc., США). ИК спектры поглощения композитов определены на фурье-спектрометре Bruker Alpha (Bruker Optik GmbH, Германия).
Измерение микротвердости композитов по Виккерсу осуществлено на микротвердомере ПМТ-3. При
Рис. 1. Микрофотографии порошков CuO (a); Fe3O4 (b) и скола FeзO4-содержащего эпоксидного композита (с) Fig. 1. CuO (a); Fe3O4 (b) and Fe3O4-containing epoxy composite chip (c) micrographs
Таблица 1. Химический состав композитов на основе эпоксидной смолы, содержащих добавки порошков CuO и Fe3O4 Table 1. Chemical composition of epoxy-based composites containing CuO and Fe3O4 powders additions
1 ГОСТ 10587-84. Смолы эпоксидно-диановые не-отвержденные. Технические условия. Введен 01.01.1989. М.: Издательство стандартов, 1989. 20 с.
Наименование образца Компоненты, масс.%
Эпоксидная полимерная композиция CuO Fe3O4
CuO-1 96,8 3,2 —
CuO-2 91,7 8,3 —
CuO-3 75,0 25,0 —
CuO-4 55,6 44,4 —
Fe3O4-1 97,7 — 2,3
Fe3O4-2 97,1 — 2,9
Fe3O4-3 93,5 — 6,5
Fe3O4-4 90,0 — 10,0
Fe3O4-5 56,2 43,8
измерениях продолжительность приложения нагрузки составила 10 с, а определение размеров отпечатка индентора выполнено сразу после снятия нагрузки. Микротвердость материалов рассчитана по формуле:
HV = 1,854P/dP,
где P — нагрузка на индентор; d — длина диагонали остаточного отпечатка индентора.
Результаты и обсуждения
Исследованы спектры ИК поглощения CuO- и FeзO4-содержащих эпоксидных композитов (рис. 2). Спектры были зарегистрированы с использованием модуля нарушенного полного внутреннего отражения, который не позволяет получить абсолютные значения коэффициента поглощения. Полученные значения интенсивности полос зависят от силы прижатия образца к призме, поэтому величина, отложенная по оси Y дана в относительных единицах.
При анализе спектров видно, что наблюдаются многочисленные пики, характерные для эпоксидных полимеров. Данные по идентификации пиков в спектрах ИК поглощения ЭД-22 и композитов на ее основе описаны во многих научных работах [26, 27]. В спектральном диапазоне 2900-3600 см-1 наблюдаются пики, соответствующие колебаниям ОН-групп (около 3470 см-1), СН в эпоксидном (оксирановом) цикле (3057 см-1) и СН в алифатических и ароматических углеводородах (2870-2970 см-1) [26, 27]. Также в спектрах наблюдаются характеристические пики деформационных колебаний связей оксиранового цикла С-О при 916 см-1, С-О-С при 824 см-1, -С-Н при 3057 см-1 [19]. В области 500-1000 см-1 заметны также пики, соответствующие колебаниям СН2 групп (около 767 см-1) [1] и связи Fe-O в Fe3O4 (552 см-1) и Си-О (521 см-1) в СиО [3, 4, 19].
Общий вид спектров ИК поглощения исследуемых композитов соответствует известным спектрам эпоксидных полимеров [27] и эпоксидных композитов, содержащих добавки FeзO4 [28]. Отметим небольшое
0,00
1000 2000 3000
Волновое число, см-1
1000 2000 3000
Волновое число, см-1
Рис. 2. Спектры инфракрасного поглощения композитов: Fe3O4-содержашие эпоксидные композиты, включающие 10 масс.% Fe3O4 (a) и 2,3 масс.% Fe3O4 (b) (а); CuO-содержащие эпоксидные композиты, имеющих в составе 3,2 масс.% CuO (c)
и 25,0 масс.% CuO (d)
Fig. 2. Infrared absorption spectra of composites: Fe3O4-containing epoxy composites with 10 mass % of Fe3O4 (a) and 2.3 mass % of Fe3O4 (b) (a); CuO-containing epoxy composites with 3.2 mass % of CuO (c) and 25 mass % of CuO (d)
отличие в относительной интенсивности отдельных пиков на спектрах поглощения эпоксидного полимера и композитов на его основе. Соотношение пиков, характерных для колебаний различных структурных групп в полимерном материале, может быть использовано для оценки особенностей его строения. Так, соотношение интенсивностей (К = /915//1362) полос поглощения колебаний связи С-О в эпоксидном цикле при 915 см-1 (/915) и алифатического фрагмента -СН2- при 1362 см-1 (11362) использовалось в работе [27] в качестве оценочного критерия степени отверждения ЭД-22.
В неотвержденной ЭД-22 значение К составило около 1,27 и при полимеризации материала эта величина уменьшилась до 0,5-0,92, в зависимости от типа использованного аминного отвердителя [27]. Полученные в настоящей работе экспериментальные результаты показали, что после полимеризации смолы без модифицирующих добавок при применении в качестве отвердителя Джеффамина Д-230 величина К равна 0,83. Значения К в синтезированных С^О- и FeзO4-содержащих эпоксидных композитах после их полимеризации при комнатной температуре варьировались в диапазоне 0,92-1,07, что заметно больше, чем для смолы без модификаторов. Это явление может объясняться тем, что микрочастицы оксидов, распределенные в объеме материала, пространственно разделяют компоненты полимеризующегося материала и, таким образом, несколько снижают степень отверждения ЭД-22.
На рис. 3 приведены спектры полного отражения ^О- и FeзO4-содержащих эпоксидных композитов. Видно, что в видимой части спектра (длина волны X = 600-700 нм) величина измеренного коэффициента отражения Я от ^О-содержащих композитов со-
ставляет 5-9 % и уменьшается при увеличении содержания ^О. В области длин волн порядка 850 нм наблюдается существенное увеличение отражения света от поверхности композитов, что определяется границей оптической прозрачности ^О (ширина запрещенной зоны микронных частиц ^О составляет 1,43-1,45 эВ [20]). В ближней ИК области спектра значения Я ^О-содержащих композитов увеличиваются до 14,5-25 %. В диапазоне 1150-1200 нм на спектрах видны два небольших пика поглощения эпоксидного полимера.
Синтезированные FeзO4-содержащие эпоксидные композиты характеризуются существенно более низким отражением света (4,3-5,0 %) во всем исследованном спектральном диапазоне, чем ^О-содержащие композиты. При этом при возрастании содержания FeзO4 до 10,0 масс.% наблюдается уменьшение значений Я, а при дальнейшем увеличении содержания Fe3O4 до 43,8 масс.% отражение света от поверхности композита возрастает.
На основании экспериментальных данных о показателях преломления и поглощения монокристаллического FeзO4 в спектральном диапазоне 1000-1050 нм, приведенных в [23] (показатели преломления и поглощения Fe3O4: пм = 2,5; км = 0,4), проведены оценочные расчеты величин зеркального отражения света от поверхности композитов [29]:
(п. - я™)2 + к2
Я = 7-^ ("к = Re(n'к), к = 1т(«'к)),
(«к + «ер) + К2
где п'к — комплексный показатель преломления композитов; Re — действительная часть комплексного числа; 1т — мнимая часть комплексного числа. Оценка значе-
600 800 1000 1200 Длина волны, нм
1100 1200 Длина волны, нм
1300
Рис. 3. Спектры отражения CuO-содержащих композитов, масс.%: 3,2 (кривая 1); 8,3 (кривая 2); 25,0 (кривая 3); 44,4 (кривая 4) (a) и FeзO4-содержащих эпоксидных композитов, масс.%: 2,3 (кривая 1); 2,9 (кривая 2); 6,5 (кривая 3);
10,0 (кривая 4); 43,8 (кривая 5) (b) Fig. 3. Reflection spectra of CuO-containing composites, wt.%: 3.2 (curve 1); 8.3 (curve 2); 25.0 (curve 3); 44.4 (curve 4) (a) and Fe3O4-containing epoxy composites, wt.%: 2.3 (curve 1); 2.9 (curve 2); 6.5 (curve 3); 10.0 (curve 4); 43.8 (curve 5) (b)
Содержание магнетита, масс.% Содержание магнетита, масс.%
Рис. 4. Оценочные расчетные зависимости коэффициента зеркального отражения света R на границах FeзO4-содержащих
композит-воздух (а) и композит-АИГ (b) в зависимости от содержания в композите Fe3O4 Fig. 4. Estimated calculated dependences of the specular light reflection coefficient R at the Fe3O4-containing composite-air (a) and Fe3O4-containing composite-YAG (b) interfaces as a function of the Fe3O4 content in the composite
ний и'к композитов выполнена в предположении объемной аддитивности показателя преломления [29]:
п'к = (ПМ - /км)® + ПЭ(1 - ю),
где пэ — показатель преломления ЭД-22 (пэ = 1,55); ю — объемная доля Ре3О4 в композите.
На рис. 4 приведены результаты оценочных расчетов зависимостей коэффициента зеркального отражения света R (X = 1040 нм) на границах Бе3О4-содержащих композит-воздух (рис. 4, a) и композит-АИГ (алю-моиттриевый гранат) в зависимости от содержания в композите Ре3О4. Наблюдаемые на рисунке небольшие изменения значений R невелики. Сопоставление расчетных величин R (рис. 4, a) на границе композит-воздух с экспериментальными данными (рис. 3, Ь) показывает их близость. Отметим, что получены относительно невысокие расчетные значения R на границе раздела композит-АИГ, составляющие величину порядка 0,64 %.
Напомним, что экспериментальные данные (рис. 3) по отражению света от поверхности СиО- и Бе3О4-содержащих эпоксидных материалов получены для композитов, в которые оксидные модификаторы вводились в форме коммерческих порошков с довольно крупными частицами микронного размера. Можно предположить, что при использовании оксидных на-нопорошков возможно дополнительное уменьшение отражения света как за счет введения в состав композитов большего содержания этих компонентов, так и при изменении их спектральных свойств при возрастании дисперсности. Так, например, в работе [19] показано, что поглощение света нанокристаллическим СиО в спектральной области 1000-1100 нм значительно выше, чем у крупных частиц.
Исследования микромеханических свойств полученных композитов показали, что введение оксидных порошков в эпоксидную композицию привело к заметному возрастанию микротвердости композитов.
0 20 40
Содержание оксидного модификатора, масс.%
Рис. 5. Зависимость микротвердости по Виккерсу композитов от содержания оксидного модификатора CuO (кривая 1); Fe3O4 (кривая 2). Погрешность — 1 МПа Fig. 5. Dependence of Vickers microhardness of composites on the content of oxide modifier CuO (curve 1); Fe3O4 (curve 2).
The estimated error is about 1 MPa
Микротвердость эпоксидного полимера без добавок получена 120 МПа и увеличивалась до 158-160 МПа при введении в композит до 44 масс.% оксидов (рис. 5). Значения микротвердости в синтезированных в настоящей работе композитов близки к значениям других ор-гано-неорганических материалов на основе эпоксидных полимеров, полученных в [3].
Заключение
При введении микропорошков оксида меди и оксида железа в эпоксидные полимеры сформированы композиты, обладающие существенным светопоглощением в ближней инфракрасной области спектра и повышенной, по сравнению с чистым полимером, микротвердостью, достигающей 160 МПа. По данным, полученным на
основании инфракрасных спектров поглощения, введение оксидных частиц снижает степень отверждения эпоксидного полимера на 20-28 %. Относительно низкое (до 4,2 %) отражение света демонстрируют в спектральном диапазоне 1000-1100 нм композиты, содер-
Литература
1. Ting T.H. Synthesis, characterization of Fe3O4/polymer composites with stealth capabilities // Results in Physics. 2020. V. 16. P. 102975. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.102975
2. Kulagina A.S., Sandulenko A.V., Volynkin V.M., Evstropiev S.K. Synthesis and nonlinear optical properties of vanadium-doped plasticized epoxy polymer composites // Advanced Composites and Hybrid Materials. 2021. V. 4. N 2. P. 324. https://doi.org/10.1007/ s42114-021-00227-y
3. Волынкин В.М., Евстропьев С.К., Булыга Д.В., Морковский А.В., Пашин С.С., Дукельский К.В., Бурдин А.В., Бондаренко И.Б. Оптические композиты на основе органических полимеров и полупроводниковых пигментов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 1. С. 10-17. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-1-10-17
4. Киселев В.М., Бурчинов А.А., Волынкин В.М., Евстропьев С.К., Матвеенцев А.В. Светопоглощающие композиционные покрытия на основе оксидных полых микросфер и сульфида свинца // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 12. С. 60-64.
5. Belousova I.M., Videnichev D.A., Volynkin V.M., Evstropiev S.K., Kislyakov I.M., Murav'ova T.D., Rakov E.G. Nonlinear optical limiters of pulsed laser radiation based on carbon-containing nanostructures in viscous and solid matrices // Polymers for Advanced Technologies. 2014. V. 25. N 9. P. 1008-1013. https://doi.org/10.1002/ pat.3343
6. Безродный В.И., Тихонов Е.А. Полимерный пассивный модулятор добротности // Квантовая электроника. 1986. Т. 13. № 12. С. 2486.
7. Mironov L.Yu., Evstropiev S.K. Temperature-sensitive luminescent photopolymer activated by europium p-diketonate complexes // Optical Engineering. 2019. V. 58. N 2. P. 027113. https://doi. org/10.1117/1.OE.58.2.027113
8. Нацик В.Д., Фоменко Л.С., Лубенец С.В. Исследование ползучести и стеклования эластомеров методом микроиндентирования: эпоксидная смола и нанокомпозиты на ее основе // Физика твердого тела. 2013. Т. 55. № 5. С. 940-952.
9. Farzanehfar N., Taheri A., Rafiemanzelat F., Jazani O.M. Highperformance epoxy nanocomposite adhesives with enhanced mechanical, thermal and adhesion properties based on new nanoscale ionic materials // Chemical Engineering Journal. 2023. V. 471. P. 144428. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144428
10. Usay §., Yayka§li H., Acer D.C. Microhardness and thermal resistance of epoxy composites reinforced with graphene nanoparticle doped carbon nanotubes // Journal of NanoScience in Advanced Materials. 2022. V. 1. N 1. P. 6-11. https://doi.org/10.5281/zenodo.7464972
11. Sun T., Fan H., Wang Z., Liu X., Wu Z. Modified nano Fe2O3-epoxy composite with enhanced mechanical properties // Materials & Design. 2015. V. 87. P. 10-16. https://doi.org/10.1016/j. matdes.2015.07.177
12. Nazarzade S., Ghorbani H.R. Synthesis of CuO/Epoxy nanocomposites for the preparation of antifungal coating // Nanomedicine Journal. 2019. V. 6. N 2. P. 142-146. https://doi. org/10.22038/NMJ.2019.06.0009
13. Mahadeva Raju G.K., Madhu G.M., Dinesh Sankar Reddy P., Karthik K.V. Mechanical and thermal properties of epoxy polymer composites reinforced with CuO // YMER. 2021. V. 20. N 12. P. 272280.
14. Chen Y., Zhang D., Wu X., Wang H., Zhang C., Yang W., Chen Y. Epoxy/a-alumina nanocomposite with high electrical insulation performance // Progress in Natural Science: Materials International. 2017. V. 27. N 5. P. 574-581. https://doi.org/10.1016/j. pnsc.2017.09.003
15. Singh S.K., Singh S., Kumar A., Jain A. Thermo-mechanical behavior of TiO2 dispersed epoxy composites // Engineering Fracture Mechanics. 2017. V. 184. P. 241-248. https://doi.org/10.1016/j. engfracmech.2017.09.005
жащие оксид железа, что соответствует проведенным оценочным расчетам. Полученные в работе органо-не-органические композиты могут быть перспективны в качестве светопоглощающих в ближней инфракрасной области материалов для лазерной техники.
References
1. Ting T.H. Synthesis, characterization of Fe3O4/polymer composites with stealth capabilities. Results in Physics, 2020, vol. 16, pp. 102975. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.102975
2. Kulagina A.S., Sandulenko A.V., Volynkin V.M., Evstropiev S.K. Synthesis and nonlinear optical properties of vanadium-doped plasticized epoxy polymer composites. Advanced Composites and HybridMaterials, 2021, vol. 4, no. 2, pp. 324. https://doi.org/10.1007/ s42114-021-00227-y
3. Volynkin V.M., Evstropiev S.K., Bulyga D.V., Morkovsky A.V., Pashin S.S., Dukelskiy K.V., Bourdine A.V., Bondarenko I.B. Optical composites based on organic polymers and semiconductor pigments. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2022, vol. 22, no. 1, pp. 10-17. (in Russian). https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-1-10-17
4. Kiselev V.M., Burchinov A.A., Volynkin V.M., Matveentsev A.V., Evstropev S.K. Composite light-absorbent coatings based on hollow oxide microspheres and lead sulfide. Journal of Optical Technology, 2015, vol. 82, no. 12, pp. 824-826. https://doi.org/10.1364/ jot.82.000824
5. Belousova I.M., Videnichev D.A., Volynkin V.M., Evstropiev S.K., Kislyakov I.M., Murav'ova T.D., Rakov E.G. Nonlinear optical limiters of pulsed laser radiation based on carbon-containing nanostructures in viscous and solid matrices. Polymers for Advanced Technologies, 2014, vol. 25, no. 9, pp. 1008-1013. https://doi. org/10.1002/pat.3343
6. Bezrodnyï V.I., Tikhonov E.A. Polymer passive Q switch. Soviet Journal of Quantum Electronics, 1986, vol. 16, no. 12, pp. 16421645. https://doi.org/10.1070/QE1986v016n12ABEH008515
7. Mironov L.Yu., Evstropiev S.K. Temperature-sensitive luminescent photopolymer activated by europium ß-diketonate complexes. Optical Engineering, 2019, vol. 58, no. 2, pp. 027113. https://doi. org/10.1117/1.OE.58.2.027113
8. Natsik V.D., Fomenko L.S., Lubenets S.V. Investigation of the creep and glass transition of elastomers by the microindentation method: epoxy resin and related nanocomposites. Physics of the Solid State, 2013, vol. 55, no. 5, pp. 1020-1033. https://doi.org/10.1134/ s1063783413050260
9. Farzanehfar N., Taheri A., Rafiemanzelat F., Jazani O.M. Highperformance epoxy nanocomposite adhesives with enhanced mechanical, thermal and adhesion properties based on new nanoscale ionic materials. Chemical Engineering Journal, 2023, vol. 471, pp. 144428. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144428
10. Usay §., Yaykaçli H., Acer D.C. Microhardness and thermal resistance of epoxy composites reinforced with graphene nanoparticle doped carbon nanotubes. Journal of NanoScience in Advanced Materials, 2022, vol. 1, no. 1, pp. 6-11. https://doi.org/10.5281/zenodo.7464972
11. Sun T., Fan H., Wang Z., Liu X., Wu Z. Modified nano Fe2O3-epoxy composite with enhanced mechanical properties. Materials & Design, 2015, vol. 87, pp. 10-16. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.07.177
12. Nazarzade S., Ghorbani H.R. Synthesis of CuO/Epoxy nanocomposites for the preparation of antifungal coating. Nanomedicine Journal, 2019, vol. 6, no. 2, pp. 142-146. https://doi. org/10.22038/NMJ.2019.06.0009
13. Mahadeva Raju G.K., Madhu G.M., Dinesh Sankar Reddy P., Karthik K.V. Mechanical and thermal properties of epoxy polymer composites reinforced with CuO. YMER, 2021, vol. 20, no. 12, pp. 272-280.
14. Chen Y., Zhang D., Wu X., Wang H., Zhang C., Yang W., Chen Y. Epoxy/a-alumina nanocomposite with high electrical insulation performance. Progress in Natural Science: Materials International, 2017, vol. 27, no. 5, pp. 574-581. https://doi.org/10.1016/j. pnsc.2017.09.003
15. Singh S.K., Singh S., Kumar A., Jain A. Thermo-mechanical behavior of TiO2 dispersed epoxy composites. Engineering Fracture Mechanics, 2017, vol. 184, pp. 241-248. https://doi.org/10.1016/j. engfracmech.2017.09.005
16. Чурсова Л.В., Панина Н.Н., Гребенева Т.А., Кутергина И.Ю. Эпоксидные смолы, отвердители, модификаторы и связующие на их основе. СПб.: Профессия, 2020. 576 с.
17. Ong H.R., Khan Md.M.R., Ramli R., Yunus R.M. Effect of CuO nanoparticle on mechanical and thermal properties of palm oil based alkyd/epoxy resin blend // Procedía Chemistry. 2015. V. 16. P. 623631. https://doi.org/10.1016/j.proche.2015.12.101
18. Bindal P., Shrivastava A. Study of thermal conductivity enhancement of epoxy with copper oxide(CuO) // International Journal for Research in Engineering Application & Managemen. 2018. V. 4. N 8. P. 81. https://doi.org/10.18231/2454-9150.2018.1057
19. Сухоруков Ю.П., Гижевский Б.А., Мостовщикова Е.В., Ермаков А.Е., Тугушев С.Н., Козлов Е.А. Нанокристаллический CuO-материал для селективных поглотителей солнечной энергии // Письма в Журнал технической физики. 2006. Т. 32. № 3. С. 81-89.
20. Сухоруков Ю.П., Лошкарева Н.Н., Москвин А.С., Самохвалов А.А. Спектры поглощения монокристаллов CuO в области фундаментальной полосы и природа оптической щели в оксидах меди // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1995. Т. 108. № 5. С. 1821-1830.
21. Welegergs G.G., Akoba R., Sacky J., Nuru Z.Y. Structural and optical properties of copper oxide (CuO) nanocoatings as selective solar absorber // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 36. N 2. P. 509513. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.298
22. Al-Masoodi A.H.H., Abdulghafoor O.B., Alani I.A.M., Ahmed M.H.M., Al Masoodi Ab.H.H., Harun S.W. Passively Q-switched pulses from ytterbium-doped fiber laser (YDFL) using copper oxide (CuO) nanoparticles as a saturable absorber // Optical Materials Express. 2020. V. 10. N 11. P. 2896-2908. https://doi. org/10.1364/OME.403713
23. Ерин К.В. Определение комплексного показателя преломления наноразмерного магнетита по данным оптической анизотропии магнитных коллоидов // Неорганические материалы. 2022. Т. 58. № 4. С. 421-431. https://doi.org/10.31857/S0002337X22040042
24. Wang X., Wang Y.G., Mao D., Li L., Chen Z.D. Passively Q-switched Nd:YVO4 laser based on Fe3O4 nanoparticles saturable absorber // Optical Materials Express. 2017. V. 7. N 8. P. 2913-2921. https://doi. org/10.1364/OME.7.002913
25. Chen G., Yang Y., Tian M., Li C., Huang Y., Lv M. Passively Q-switched mode-locked ytterbium-doped fiber laser based on an Fe3O4-nanoparticle saturable absorber // Optical Materials Express. 2020. V. 10. N 2. P. 588-596. https://doi.org/10.1364/OME.383188
26. González M.G., Cabanelas J.C., Baselga J. Applications of FTIR on epoxy resins — identification, monitoring the curing process, phase separation and water uptake // Infrared Spectroscopy — Materials Science, Engineering and Technology. InTech, 2012. P. 261-284. https://doi.org/10.5772/36323
27. Рудаков О.Б., Хорохордина Е.А., Глазков С.С., Хорохордин А.М., Губин А.С. Контроль отверждения эпоксидной смолы по содержанию свободного бисфенола А методом ТСХ // Аналитика и контроль. 2017. Т. 21. № 2. С. 135-143. https://doi.org/10.15826/ analitika.2017.21.2.004
28. Wu Z., Chen J., Li Q., Xia D.-H., Deng Y., Zhang Y., Qin Z. Preparation and thermal conductivity of epoxy resin/graphene-Fe3O4 composites // Materials. 2021. V. 14. N 8. P. 2013. https://doi. org/10.3390/ma14082013
29. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. С. 57.
Авторы
Евстропьев Сергей Константинович — доктор химических наук, начальник отдела, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация, sc 6507317768, https:// orcid.org/0000-0002-0160-8443, [email protected] Волынкин Валерий Михайлович — кандидат химических наук, старший научный сотрудник, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация, sc 6601999426, https://orcid.org/0000-0002-6325-1507, [email protected] Булыга Дмитрий Владимирович — младший научный сотрудник, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация, sc 57217158694, https://orcid.org/0000-0001-8861-2527, [email protected]
16. Chursova L.V., Panina N.N., Grebeneva T.A., Kutergina I.Iu. Epoxy Resins, Hardeners, Modifiers and Binding Agents Based on Them. Saint Petersburg, Professija Publ., 2020, 576 p. (in Russian)
17. Ong H.R., Khan Md.M.R., Ramli R., Yunus R.M. Effect of CuO nanoparticle on mechanical and thermal properties of palm oil based alkyd/epoxy resin blend. Procedia Chemistry, 2015, vol. 16, pp. 623631. https://doi.org/10.1016Zj.proche.2015.12.101
18. Bindal P., Shrivastava A. Study of thermal conductivity enhancement of epoxy with copper oxide(CuO). International Journal for Research in Engineering Application & Managemen, 2018, vol. 4, no. 8, pp. 81. https://doi.org/10.18231/2454-9150.2018.1057
19. Sukhorukov Yu.P., Gizhevskii B.A., Mostovshchikova E.V., Yermakov A.Ye., Tugushev S.N., Kozlov E.A. Nanocrystalline copper oxide for selective solar energy absorbers. Technical Physics Letters, 2006, vol. 32, no. 2, pp. 132-135. https://doi.org/10.1134/ s1063785006020131
20. Sukhorukov Yu.P., Loshkareva N.N., Samokhvalov A.A., Moskvin A.S. Absorption spectra of CuO single crystals near the absorption edge and the nature of the optical gap in copper oxides. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1995, vol. 81, no. 5, pp. 998-1002.
21. Welegergs G.G., Akoba R., Sacky J., Nuru Z.Y. Structural and optical properties of copper oxide (CuO) nanocoatings as selective solar absorber. Materials Today: Proceedings, 2021, vol. 36, no. 2, pp. 509-513. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.298
22. Al-Masoodi A.H.H., Abdulghafoor O.B., Alani I.A.M., Ahmed M.H.M., Al Masoodi Ab.H.H., Harun S.W. Passively Q-switched pulses from ytterbium-doped fiber laser (YDFL) using copper oxide (CuO) nanoparticles as a saturable absorber. Optical Materials Express, 2020, vol. 10, no. 11, pp. 2896-2908. https://doi. org/10.1364/0ME.403713
23. Yerin K.V. Determination of the complex refractive index of nanoparticulate magnetite from optical anisotropy data for magnetic colloids. Inorganic Materials, 2022, vol. 58, no. 4, pp. 403-413. https://doi.org/10.1134/s0020168522040045
24. Wang X., Wang Y.G., Mao D., Li L., Chen Z.D. Passively Q-switched Nd:YVO4 laser based on Fe3O4 nanoparticles saturable absorber. Optical Materials Express, 2017, vol. 7, no. 8, pp. 2913-2921. https:// doi.org/10.1364/0ME.7.002913
25. Chen G., Yang Y., Tian M., Li C., Huang Y., Lv M. Passively Q-switched mode-locked ytterbium-doped fiber laser based on an Fe3O4-nanoparticle saturable absorber. Optical Materials Express, 2020, vol. 10, no. 2, pp. 588-596. https://doi.org/10.1364/ OME.383188
26. González M.G., Cabanelas J.C., Baselga J. Applications of FTIR on epoxy resins — identification, monitoring the curing process, phase separation and water uptake. Infrared Spectroscopy — Materials Science, Engineering and Technology. InTech, 2012, pp. 261-284. https://doi.org/10.5772/36323
27. Rudakov O.B., Khorokhordina E.A., Glazkov S.S., Khorokhordin A.M., Gubin A.S. Control of the epoxy resin curing process according to the free bisphenol a content by TLC. Analytics and Control, 2017, vol. 21, no. 2, pp. 135-143. (in Russian). https:// doi.org/10.15826/analitika.2017.21.2.004
28. Wu Z., Chen J., Li Q., Xia D.-H., Deng Y., Zhang Y., Qin Z. Preparation and thermal conductivity of epoxy resin/graphene-Fe3O4 composites. Materials, 2021, vol. 14, no. 8, pp. 2013. https://doi. org/10.3390/ma14082013
29. Born M., Wolf E. Principles of Optics. Cambridge University Press, 1959.
Authors
Sergey K. Evstropiev — D.Sc. (Chemistry), Head of Department, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 6507317768, https://orcid.org/0000-0002-0160-8443, [email protected]
Valery M. Volynkin — PhD (Chemistry), Senior Researcher, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 6601999426, https://orcid.org/0000-0002-6325-1507, [email protected]
Dmitry V. Bulyga — Junior Researcher, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 57217158694, https://orcid.org/0000-0001-8861-2527, dmbulyga@ yandex.ru
Островский Вячеслав Александрович — начальник лаборатории, АО «Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований», Троицк, 108840, Российская Федерация, https://orcid.org/0009-0000-9114-2116, [email protected]
Макаров Константин Николаевич — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, АО «Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований», Троицк, 108840, Российская Федерация, sc 7006042620, https://orcid.org/0009-0004-3280-3489, [email protected]
Дукельский Константин Владимирович — доктор технических наук, заместитель генерального директора, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация, sc 6602633236, https://orcid.org/0000-0002-1627-7499, [email protected] Полищук Григорий Сергеевич — кандидат технических наук, временный генеральный директор, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация, sc 25926044900, https://orcid.org/0009-0005-9358-6040, [email protected]
Vyacheslav A. Ostrovskii — Head of Laboratory, AO "GNTs RF TRINITI", Troitsk, 108840, Russian Federation, https://orcid.org/0009-0000-9114-2116, [email protected]
Konstantin N. Makarov — PhD (Physics & Mathematics), Leading Researcher, AO "GNTs RF TRINITI", Troitsk, 108840, Russian Federation, sc 7006042620, https://orcid.org/0009-0004-3280-3489, [email protected]
Konstantin V. Dukelskii — D.Sc., Deputy General Director, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 6602633236, https://orcid.org/0000-0002-1627-7499, [email protected]
Grigoriy S. Polishchuk — PhD, Acting General Director, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 25926044900, https://orcid.org/0009-0005-9358-6040, [email protected]
Статья поступила в редакцию 16.05.2024 Одобрена после рецензирования 04.06.2024 Принята к печати 18.07.2024
Received 16.05.2024
Approved after reviewing 04.06.2024
Accepted 18.07.2024
Работа доступна по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial»
