УДК 62-533.65
DOI: 10.18503/1995-2732-2020-18-1-40-48
Аннотация
Исследования в области создания функциональных наноматериалов являются актуальными и перспективными для развития технологий, где используется преобразование электрической энергии в тепловую. В работе приведены исследования температурных режимов образцов саморегулируемых электронагревателей. Представлена методика изготовления силикона, модифицированного углеродными нанотрубками и графитом, а также технология фиксации электродов, предназначенных для подключения образцов саморегулируемых электронагревателей. Проведено исследование распределения температурного поля на поверхности электронагревателей, выполненных в виде плоских пластин с размерами 50×50×2 и 60×40×2 мм. Исследована динамика постоянного электрического тока, протекающего в электронагревателе, в зависимости от температуры окружающей среды. Установлено, что рабочее напряжение для устройств электронагрева зависит от концентрации углеродных наноструктур и графита. Подобраны концентрации наполнителей, содержащих углеродные наноструктуры, для нагревателей, работающих под напряжением 12 и 24 В постоянного тока. Программная обработка термограмм позволила с помощью гистограмм распределения температур проанализировать температурные режимы для нагревателей с различной концентрацией углеродных наноструктур. Представлены температурные зависимости мощности образцов электронагревателей, работающих под напряжением 12 и 24 В постоянного электрического тока. Для нагревателя, работающего под напряжением 24 В постоянного тока, мощность тепловыделений составила 3 Вт, при этом максимальная температура нагрева доходила до 70°С. Мощность образца нагревателя, работающего под напряжением постоянного тока 12 В, составляла 8,3 Вт. Температурная зависимость мощности образца электронагревателя свидетельствует о нелинейном характере зависимости сопротивления материала нагревателя от температуры и характеризует его как материал с саморегулированием температуры.
Ключевые слова
Силикон, углеродные нанотрубки, нагреватель, саморегулирование, температура.
Для цитирования
Щегольков А.В., Ягубов В.С. Тепловыделения наномодифицированного композита на основе силикона с бинарный наполнителем унт-графит // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2020. Т.18. №1. С. 40–48. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2020-18-1-40-48
1. X. Yao, S.C. Hawkins, B.G. Falzon. Carbon. 136, 130 (2018). DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.04.039.
2. Z. Wang, D. Gao, B. Diao, L. Tan, W. Zhang and K. Liu. Appl. Therm. Eng. 160, 114105 (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114105.
3. J. Kang, H. Kim, K.S. Kim, S.K. Lee, S. Bae, J.H. Ahn, Y.J. Kim, J.B. Choi, B.H. Hong. Nano Lett. 11 (12) 5154 (2011). DOI: https://doi.org/10.1021/nl202311v.
4. K.T.L. Trinh, W. Wu, N.Y. Lee. Sensor. Actuat. B-Chem. 190, 177 (2014). DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2013.08.056.
5. T.K. Hei, J.D. Raal. AIChE J. 55 (1) 206 (2009). DOI: https://doi.org/10.1002/aic.11685.
6. M. Nakahara, T. Murakami. J. Appl. Phys. 45 (9), 3795 (1974). DOI: 10.1063/1.1663862.
7. D. Mächler, R. Schmidt, J. Töpfer. J. Alloy. Compd. 762, 209 (2018). DOI:10.1016/j.jallcom.2018.05.049.
8. S. Chatterjee, B.D. Stojanovic, H.S. Maiti. Mater. Chem. Phys. 78 702 (2003). DOI: https://doi.org/10.1016/S0254-0584(02)00381-4.
9. V. Paunović, V. Mitić, V. Pavlović, M. Miljković, L. Živković. Process. Appl. Ceram. 4 253 (2010).
10. M.M. Vijatović Petrović, J.D. Bobić, R. Grigalaitis, B.D. Stojanović, J. Banys. Acta Phys. Pol. A. 124 155 (2013). DOI: 10.12693/APhysPolA.124.155.
11. J.R. Potts, D.R. Dreyer, C.W. Bielawski, R.S. Ruoff. Polymer. 52 (1) 5 (2011). DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2010.11.042.
12. F. El-Tantawy, K. Kamada, H. Ohnabe. Mater. Lett. 56 (1–2) 112 (2002). DOI: https://doi.org/10.1016/S0167-577X(02)00401-9
13. A. Celzard, E. McRae, C. Deleuze, M. Dufort, G. Furdin, J.F. Mareche. Phys. Rev. B 53 (10) 6209 (1996). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.6209
14. S.H. Munson-McGee. Phys. Rev. B 43 (4) 3331 (1991). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.43.3331
15. S. Isaji, Y. Bin, M. Masaru. Polymers. 50 (4) 1046 (2009). DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2008.12.033.
16. S. Ghosh, S. Dutta, E. Gomes, D. Carroll, R. D'Agostino, J. Olson, M. Guthold, W.H. Gmeiner. ACS Nano. 3 (9) 2667 (2009). DOI: https://doi.org/10.1021/nn900368b.
17. R. Sengupta, M. Bhattacharya, S. Bandyopadhyay, A.K. Bhowmick. Prog. Polym. Sci. 36 (5) 638 (2011). DOI: https://doi.org/10.1021/nn900368b.
18. A. Yoshida, Y. Hishiyama, M. Inagaki. Carbon. 29 (8) 1227 (1991). DOI: https://doi.org/10.1016/0008-6223(91)90040-P.
19. G.C. Chung, H.J. Kim, S.I. Yu, S.H. Jun, J.W. Choi, M.H. Kim, J. Electrochem. Soc. 147 (12) 4391 (2000). DOI: 10.1149/1.1394076.
20. A.S. Patole, S.P. Patole, S.Y. Jung, J.B. Yoo, J.H. An, T.H. Kim. Eur. Polym. J. 48 (2) 252 (2012). DOI: https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2011.11.005.
21. S.R. Dhakate, S. Sharma, N. Chauhan, R.K. Seth, R.B. Mathur. Int. J. Hydrogen Energy 35 (9) 4195 (2010). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.02.072.
22. S.P. Bao, G.D. Liang, S.C. Tjong. IEEE Trans Nanotechnol. 8 (6) 729 (2009). DOI: 10.1109/TNANO.2009.2023650.
23. J.H. Lee, S.K. Kim, N.H. Kim. Scripta Mater. 55 (12) 1119 (2006). DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2006.08.051.
24. Sabet M., Soleimani H. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 64 012001 (2014). DOI: 10.1088/1757-899X/64/1/012001.
25. L. Yang, S. Lia, X. Zhou, J. Liu, Y. Lia, M. Yang, Q. Yuan, W. Zhang. Synthetic Met. 253 122 (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2019.05.008
26. B.G. Soares, L.F. Calheiros, A.A. Silva, T. Indrusiak, G.M. Barra, S. Livi. J. Appl. Polym. Sci. 135 (24) 45564 (2018). DOI: https://doi.org/10.1002/app.45564.
27. A. Gao, F. Zhao, F. Wang, G. Zhang, S. Zhao, J. Cui, Y. Yan. Compos. Part A-Appl. S. 122 1 (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.04.019.
28. S.K. Jain, Y. Tadesse. Int. J. Nanosci. Ser. 18 (05) 1850026 (2018). DOI: https://doi.org/10.1142/S0219581X18500266.