Діелектричні властивості та релаксаційні процеси у нанокомпозитах на основі полімолочної кислоти та вуглецевих нанотрубок

E.A. Lysenkov; S.A. Bilyi; S.D. Nesin; V.V. Klepko

doi:10.15407/ujpe70.12.860

Діелектричні властивості та релаксаційні процеси у нанокомпозитах на основі полімолочної кислоти та вуглецевих нанотрубок

Автор(и)

E.A. Lysenkov Petro Mohyla Black Sea National University
S.A. Bilyi Petro Mohyla Black Sea National University, Institute of Macromolecular Chemistry, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
S.D. Nesin Institute of Macromolecular Chemistry, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
V.V. Klepko Institute of Macromolecular Chemistry, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe70.12.860

Ключові слова:

полiмолочна кислота, вуглецевi нанотрубки, дiелектрична проникнiсть, перколяцiя, електричний модуль, релаксацiя

Анотація

У роботi дослiджено дiелектричнi властивостi та релаксацiйнi процеси у нанокомпозитах на основi полiмолочної кислоти з додаванням вуглецевих нанотрубок. Встановлено залежнiсть дiелектричної проникностi вiд частоти та концентрацiї наповнювача, визначено порiг перколяцiї, а також проаналiзовано релаксацiйну поведiнку системи за допомогою електричного модуля. Отриманi результати свiдчать про вплив структурних та мiжфазних ефектiв на дiелектричнi характеристики композита, що є важливим для розробки нових функцiональних матерiалiв.

Посилання

1. L. Ranakoti, B. Gangil, S.K. Mishra, T. Singh, S. Sharma, R.A. Ilyas, S. El-Khatib. Critical review on polylactic acid: Properties, structure, processing, biocomposites, and nanocomposites. Materials (Basel) 15, 4312 (2022).

https://doi.org/10.3390/ma15124312

2. S. Rathinavel, K. Priyadharshini, D. Panda. A review on carbon nanotube: An overview of synthesis, properties, functionalization, characterization, and the application. Mater. Sci. Eng. B 268, 115095 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.mseb.2021.115095

3. W. Wu, T. Liu, D. Zhang, Q. Sun, K. Cao, J. Zha, Y. Lu, B. Wang, X. Cao, Y. Feng, V.A.L. Roy, R.K.Y. Li. Significantly improved dielectric properties of polylactide nanocomposites via TiO2-decorated carbon nanotubes. Composites A 127, 105650 (2019).

https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.105650

4. Y. Wang, C. Yang, Z. Xin, Y. Luo, B. Wang, X. Feng, Z. Mao, X. Sui. Poly(lactic acid)/carbon nanotube composites with enhanced electrical conductivity via a twostep dispersion strategy. Composit. Commun. 30, 101087 (2022).

https://doi.org/10.1016/j.coco.2022.101087

5. A.S. Zeraati, S.A. Mirkhani, U. Sundararaj. Enhanced dielectric performance of polymer nanocomposites based on CNT/MnO2 nanowire hybrid nanostructure. J. Phys. Chem. C 121, 8327 (2017).

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b01539

6. E.A. Lysenkov, V.V. Klepko, Y.V. Yakovlev. Specifics of percolation behavior in the polyether-carbon nanotube systems doped with LiClO4. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 52, 186 (2016).

https://doi.org/10.3103/S1068375516020071

7. E.A. Lysenkov, Y.V. Yakovlev, V.V. Klepko. The influence of the LiClO4 salt on the percolation behavior of the systems based on the polypropylene glycol and carbon nanotubes. J. Phys. Stud. 17, 1 (2013).

https://doi.org/10.30970/jps.17.1703

8. Ibrahim Lakin, Z. Abbas, R.S. Azis, N.A. Ibrahim, M.A. Abd Rahman. The effect of MWCNTs filler on the absorbing properties of OPEFB/PLA composites using microstrip line at microwave frequency. Materials 13, 4581 (2020).

https://doi.org/10.3390/ma13204581

9. E.A. Lysenkov, I.P. Lysenkova, V.V. Klepko. Relaxation processes in nanocomposite polymer electrolytes based on polyethylene glycol and hybrid nanofiller. In: 2020 IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, Ukraine (2020), p. 134.

https://doi.org/10.1109/ELNANO50318.2020.9088895

10. Z.A. Alrowaili, R.M. Ahmed, A. Saleh, et al. Broadband dielectric relaxation investigations of polyvinyl chloride-fGO nanocomposite films. Polymer Bull. 80, 3293 (2023).

https://doi.org/10.1007/s00289-022-04217-y

11. L. Xu, X. Zhang, C. Cui, P. Ren, D. Yan, Z. Li. Enhanced mechanical performance of segregated carbon nanotube/poly(lactic acid) composite for efficient electromagnetic interference shielding. Industr. Eng. Chem. Res. 58, 4454 (2019).

https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b05764

12. H. Sun, H. Zhang, S. Liu, N. Ning, L. Zhang, M. Tian, Y. Wang. Interfacial polarization and dielectric properties of aligned carbon nanotubes/polymer composites: The role of molecular polarity. Composit. Sci. Technol. 154, 145 (2018).

https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2017.11.008

13. P.P. Deshpande, M.S. Radue, P. Gaikwad, S. Bamane, S.U. Patil, W.A. Pisani, G.M. Odegard. Prediction of the interfacial properties of high-performance polymers and flattened CNT-reinforced composites using molecular dynamics. Langmuir 37, 11526 (2021).

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c01800

14. L. Zhang, W. Wang, X. Wang, P. Bass, Z.-Y. Cheng. Metal-polymer nanocomposites with high percolation threshold and high dielectric constant. Appl. Phys. Lett. 103, 232903 (2013).

https://doi.org/10.1063/1.4838237

15. L. Wang, Z.-M. Dang. Carbon nanotube composites with high dielectric constant at low percolation threshold. Appl. Phys. Lett. 87, 042903 (2005).

https://doi.org/10.1063/1.1996842

16. J. Macutkevic, D. Seliuta, G. Valusis, J. Banys, V. Kuznetsov, S. Moseenkov, O. Shenderova. High dielectric permittivity of percolative composites based on onion-like carbon. Appl. Phys. Lett. 95, 112901 (2009).

https://doi.org/10.1063/1.3224187

17. A. Buketov, S. Smetankin, E. Lysenkov, K. Yurenin, O. Akimov, S. Yakushchenko, I. Lysenkova. Electrophysical properties of epoxy composite materials filled with carbon black nanopowder. Adv. Mater. Sci. Eng. 2020, 6361485 (2020).

https://doi.org/10.1155/2020/6361485

18. L. Pietrzak, G. Raniszewski, L. Szymanski. Multiwalled carbon nanotubes polylactide composites for electrical engineering - Fabrication and electrical properties. Electronics 11, 3180 (2022).

https://doi.org/10.3390/electronics11193180

19. L.H. Gaabour. Study of the structural, AC electrical conductivity, electric modulus, and dielectric properties of novel PVDF/LiCoO2 nanocomposites for Li-ion batteries. AIP Advances 11, 095114 (2021).

https://doi.org/10.1063/5.0065379

20. K. Gorska, A. Horzela, L. Bratek, G. Dattoli, K.A. Penson. The Havriliak-Negami relaxation and its relatives: the response, relaxation and probability density functions. J. Phys. A 51, 135202 (2018).

https://doi.org/10.1088/1751-8121/aaafc0

21. R. Dhar. Comments on the fitting of Cole-Cole/Havriliak-Negami equation with the dielectric data under the influence of parasitic effects in order to extract correct parameters of the materials. J. Mol. Liq. 343, 117682 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.117682

22. A. Schonhals, F. Kremer. Theory of dielectric relaxation. In: Broadband Dielectric Spectroscopy. Edited by F. Kremer, A. Schonhals (Springer, 2003).

https://doi.org/10.1007/978-3-642-56120-7_1

23. N. Tripathi, A. Shukla, A.K. Thakur, D.T. Marx. Dielectric modulus and conductivity scaling approach to the analysis of ion transport in solid polymer electrolytes. Polymer Eng. Sci. 60, 297 (2020).

https://doi.org/10.1002/pen.25283

24. A. Telfah, M.M.A. Jafar, I. Jum'h, M.J.A. Ahmad, J. Lambert, R. Hergenroder. Identification of relaxation processes in pure polyethylene oxide (PEO) films by the dielectric permittivity and electric modulus formalisms. Polymer. Adv. Technol. 29, 1974 (2018).

https://doi.org/10.1002/pat.4306

25. Y. Nioua, B.M.G. Melo, P. Prezas et al. Analysis of the dielectric relaxation in reduced graphene oxide/epoxy composites materials using the modulus formalism. Eur. Phys. J. E 44, 109 (2021).

https://doi.org/10.1140/epje/s10189-021-00109-7

26. H. Tao, M. Yan, L. Zhang, Z. Zou, B. Han, H. Dong, B. Zhu, X. Li. Progress in preparation, processing, and application of high dielectric polypropylene matrix composite materials. Polymer Composit. 45, 4819 (2024).

https://doi.org/10.1002/pc.28111

27. E.A. Lysenkov, V.V. Klepko. Features of charges transfer in the polyethylene glycol/carbon nanotubes system. J. Nano. Electron. Phys. 5, 03052 (2013).

28. E.A. Lysenkov, V.V. Klepko. Analysis of percolation behavior of electrical conductivity of the systems based on polyethers and carbon nanotubes. J. Nano. Electron. Phys. 8, 01017 (2016).

https://doi.org/10.21272/jnep.8(1).01017

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-10

Як цитувати

Lysenkov, E., Bilyi, S., Nesin, S., & Klepko, V. (2025). Діелектричні властивості та релаксаційні процеси у нанокомпозитах на основі полімолочної кислоти та вуглецевих нанотрубок. Український фізичний журнал, 70(12), 860. https://doi.org/10.15407/ujpe70.12.860

Завантажити посилання

Номер

Том 70 № 12 (2025)

Розділ

Рідкі кристали та полімери

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.