АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ С ЭФФЕКТОМ САМОРЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ИК-НАГРЕВА И ТЕПЛОВЕНТИЛЯТОРОВ
Ключевые слова:
полимерные композиты, сила тока, осциллограмма, тепловыделения, напряжение, сопротивление, диэлектрик, изоляцияАннотация
В статье проводятся исследования полимерных композитов, модифицированных углеродными нанотрубками. Композиты, модифицированные углеродными нанотрубками, могут быть использованы в качестве нагревателей, обладающих эффектом саморегулирования температуры. Область применения таких нагревателей может быть связана с технологиями тепловентиляционного оборудования и инфракрасными нагревателями. Для исследования распределения температурного поля на поверхности нагревателей использован метод бесконтактного измерения, который реализуется в тепловизоре. Проведены исследования тепловыделений в функциональных материалах, модифицированных углеродными нанотрубками, на основе полимеров в условиях конвективного теплообмена. Изменение режима обдува нагревателя осуществлялось с помощью изменения уровня питающего напряжения вентилятора в диапазоне от 5 до 15 В. Установлено, что изменение силы тока в нагревателе при увеличении скорости обдува изменяется в диапазоне от 0,04 до 0,14 А при питающем напряжении нагревателя равном 100 В.
Библиографические ссылки
Tehrani, M. Advanced Electrical Conductors: An Overview and Prospects of Metal Nanocomposite and Nanocarbon Based Conductors / M. Tehrani // Phys. Stat. Solid. 2021. №218. P. 1-17.
Nizamuddin, S., Maryam, S., Baloch, H.A., Siddiqui, M.T.H., Takkalkar, P., Mubarak, N.M., Jatoi, A.S., Abbasi, S.A., Griffin, G.J., Qureshi, K., Kao, N. Electrical Properties of Sustainable Nano-Composites Containing Nano-Fillers: Dielectric Properties and Electrical Conductivity / S. Nizamuddin, S. Maryam, H.A. Baloch, M.T.H. Siddiqui, P. Takkalkar, N.M. Mubarak, A.S. Jatoi, S.A. Abbasi, G.J. Griffin, K. Qureshi, N. Kao // Sustain. Poly. Compos. and Nanocompos. 2019. P. 899-914.
Mächler, D., Schmidt, R., Töpfer, J. Synthesis, doping and electrical bulk response of (Bi 1/2 Na 1/2) x Ba 1-x TiO 3 + CaO – based ceramics with positive temperature coefficient of resistivity (PTCR) / D.Mächler, R. Schmidt, J. Töpfer // J. Alloys and Comp. 2018. № 762. P. 209-215.
Paunović, V., Mitić, V., Pavlović, V., Miljković, M., Živković, L. Microstructure evolution and phase transition in La/Mn doped barium titanate ceramics / V.Paunović, V. Mitić, V. Pavlović, M. Miljković, L. Živković // Proces. and Appl.Ceram. 2010. № 4. P. 253-258.
Petrović, M.M.V., Bobić, J.D.,Grigalaitis, R., Stojanović, B.D., Banys, J. La-doped and La/Mn-co-doped barium titanate ceramics / M.M.V. Petrović, J.D. Bobić, R. Grigalaitis, B.D. Stojanović, J. Banys // Act. Phys. Polo. A. 2013. № 124. P. 155-160.
Rowlands, W., Vaidhyanathan, B. Additive manufacturing of barium titanate based ceramic heaters with positive temperature coefficient of resistance (PTCR) / W. Rowlands, B. Vaidhyanathan // J. Europ. Ceram. Soci. 2019. № 39. P. 3475-3483.
Yu G., Zhang M.Q., Zeng H.M., Hou Y.H., Zhang H.B. Conductive polymer blends filled with carbon black: Positive temperature coefficient behavior / G. Yu, M.Q. Zhang, H.M. Zeng, Y.H. Hou, H.B. Zhang // Polymer Engineering & Science. 1999. № 39(9). P. 1678–1688.
Lu, Ch., Cao, Q.-Q., Huang, X.-H., Hu, X.-N., He, Y.-X., Liu, C.-Y., Zhang, Y.- Q. Influence of morphology on positive temperature coefficient effect for conductive polymer composites with carbon black dispersed at interface / Ch. Lu, Q.-Q. Cao, X.-H.Huang, X.-N. Hu, Y.-X. He, C.-Y. Liu, Y.-Q.Zhang // Polymer Engineering & Science. 2013. № 53(12). P. 2640–2649.
El-Tantawy, F., Aal, N.A., Al-Ghamdi, A.A., El-Mossalamy E.H. New smart conducting elastomer blends of Bibased superconductor ceramics nanoparticles reinforced natural rubber/low-density polyethylene for double thermistors, antistatic protectors, and electromagnetic interference shielding effectiveness applications / F. El-Tantawy, N.A. Aal, A.A. Al-Ghamdi, E.H.El-Mossalamy // Polymer Engineering & Science. 2009. № 49(3). P. 592–601.
Ali, I., AlGarni, T.S., Shchegolkov, A., Shchegolkov, A., Jang, S.-H., Galunin, E., Komarov, F., Borovskikh, P., Imanova, G.T. Temperature self-regulating flat electric heaters based on MWCNTs-modified polymers / I. Ali, T.S. AlGarni, A. Shchegolkov, A. Shchegolkov, S.-H. Jang, E. Galunin, F. Komarov, P. Borovskikh, G.T. Imanova // Pol. Bull., (Article in press). 2021.
Luo, J., Lu, H., Zhang, Q., Yao, Y., Chen, M., Li, Q. Flexible carbon nanotube/polyurethane electrothermal films / J.Luo, H. Lu, Q. Zhang, Y. Yao, M. Chen, Q. Li // Carbon. 2016. № 110. P. 343-349.
Ha, J.-H., Chu, K., Park, S.-H. Electrical Properties of the Carbon-Nanotube Composites Film Under Extreme Temperature Condition / J.-H. Ha, K. Chu, S.-H. Park // J. Nanosci. and Nanotechnol. 2019. № 19. P. 1682-1685.
Cheng, Y., Zhang, H., Wang, R., Wang, X., Zhai, H., Wang, T., Jin, Q., Sun, J. Highly Stretchable and Conductive Copper Nanowire Based Fibers with Hierarchical Structure for Wearable Heaters / Y. Cheng, H. Zhang, R. Wang, X. Wang, H. Zhai, T. Wang, Q. Jin, J. Sun // Appl. Mat. and Interf. 2016. № 8. P. 32925-32933.
Vertuccio, L., De Santis, F., Pantani, R., Lafdi, K., Guadagno, L. Effective deicing skin using graphene-based flexible heater / L. Vertuccio, F. De Santis, R. Pantani, K. Lafdi, L. Guadagno // Compos. Part B: Eng. 2019. № 162. P. 600-610.
Vertuccio, L., Foglia, F., Pantani, R., Romero-Sánchez, M.D., Calderón, B., Guadagno, L. Carbon nanotubes and expanded graphite based bulk nanocomposites forde-icing applications / L. Vertuccio, F.Foglia, R. Pantani, M.D. Romero-Sánchez, B.Calderón, L. Guadagno // Compos. Part B: Eng. 2021. № 207. P. 108583.
Yao, X., Hawkins, S.C., Falzon, B.G. An advanced antiicing/de-icing system utilizing highly aligned carbon nanotube webs / X.Yao, S.C. Hawkins, B.G. Falzon // Carbon. 2018. № 136. P. 130-138.
Kang, J., Jang, Y., Kim, Y., Cho, S., Suhr, J., Hong, B., Choi, J., Byun, D. An Aggrid/graphene hybrid structure for largescale, transparent, flexible heaters / J. Kang, Y. Jang, Y. Kim, S. Cho, J. Suhr, B. Hong, J.Choi, D. Byun // Nanoscale. 2015. № 7. P.6567-6574.
Leire, S., Maite, L., Mercedes, F., Antxon, S. Matching Rheology, Conductivity and Joule Effect in PU/CNT Nanocomposites / S. Leire, L. Maite, F. Mercedes, S. Antxon // Polym. 2021. № 13. P. 950.
Redondo, O., Prolongo, S.G., Campo, M., Sbarufatti, C., Giglio, M. Anti-icing and de-icing coatings-based Joule's heating of graphene nanoplatelets / O. Redondo, S.G. Prolongo, M. Campo, C. Sbarufatti, M. Giglio // Compos. Sci. and Technol. 2018. №164. P. 65-73.
Jain, S.K., Tadesse, Y. Fabrication of polylactide/carbon nanopowder filament using melt extrusion and filament characterization for 3D printing / S.K. Jain, Y. Tadesse // Int. J. of Nanosci. 2018. № 18. P. 1850026.
Baloch, K.H., Voskanian, N., Bronsgeest, M., Cumings, J. Remote Joule heating by a carbon nanotube / K.H. Baloch, N. Voskanian, M. Bronsgeest, J. Cumings // Nat. Nanotech. 2012. № 7. P. 316-319.
Celzard, A., McRae, E., Deleuze, C., Dufort, M., Furdin, G., Mareche, J.F. Critical concentration in percolating systems containing a high-aspect-ratio filler / A. Celzard, E.McRae, C. Deleuze, M. Dufort, G. Furdin, J.F. Mareche // Phys. Review B-Cond. Matt. and mater. Phys. 1996. № 53. P. 6209-6214.
Bai, J.B., Allaoui, A. Effect of the length and the aggregate size of MWNTs on the improvement efficiency of the mechanical and electrical properties of nanocomposites-experimental investigation / J.B. Bai, A. Allaoui // Compos. Part A – Appl. Sci. and manufac. 2003. № 34. P. 689-694.
Martin, C.A., Sandler, J.K.W., Shaffer, M.S.P., Schwarz, M.-K., Bauhofer, W., Schulte, K., Windle, A.H. Formation of percolating networks in multi-wall carbon-nanotube–epoxy composites / C.A. Martin, J.K.W. Sandler, M.S.P. Shaffer, M.-K.Schwarz, W. Bauhofer, K. Schulte, A.H. Windle // Compos. Sci. and Technol. 2004. № 64. P. 2309-2316.
Bao, W.S., Meguid, S.A., Zhu, Z.H., Pan, Y., Weng, G.J. A novel approach to predict the electrical conductivity of multifunctional nanocomposites / W.S. Bao, S.A. Meguid, Z.H. Zhu, Y. Pan, G.J. Weng // Mech. of Mater. 2012. № 46. P. 129-138.
Aguilar, J.O., Bautista-Quijano, J.R., Avilés, F. Influence of carbon nanotube clustering on the electrical conductivity of polymer composite films / J.O. Aguilar, J.R. Bautista-Quijano, F. Avilés // Exp. Poly. Lett. 2010. № 4. P. 292-299.
Zhang, C., Wei, W., Sun, H., Zhu, Q. Study on the properties of different dielectric elastomers applying to actuators / C. Zhang, W. Wei, H. Sun, Q. Zhu // Sens. and Actu. A: Physical. 2021. № 329. P. 112806.
Применение эластомеров, модифицированных углеродными нанотрубками при создании саморегулируемых электронагревателей и материалов для защиты от электромагнитного излучения / А. В. Щегольков, А. В. Щегольков, Ф. Ф. Комаров, И. Д. Парфимович // Российский химический журнал. 2020. Т. 64. № 4. С. 39-45. DOI10.6060/rcj.2020644.4. / The use of elastomers modified with carbon nanotubes in the creation of self-regulating electric heaters and materials for protection from electromagnetic radiation / A. V. Shchegolkov, A. V. Shchegolkov, F. F. Komarov, I. D. Parfimovich // Russian Chemical Journal. 2020. T. 64. № 4. P. 39-45. DOI 10.6060 / rcj.2020644.4.
Влияние методов формирования полимерных композитных материалов с углеродными нанотрубками на механизмы электропроводности / Ф. Ф. Комаров, И. Д. Парфимович, А. Г. Ткачев [и др.] // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. № 3.С. 475-483. DOI 10.21883/JTF.2021.03.50526.222-20./ The influence of methods for the formation of polymer composite materials with carbon Nanotubes on the mechanisms of electrical conductivity / FF Komarov, ID Parfimovich, AG Tkachev [et al.] // Technical Physics Journal. 2021. T. 91. № 3. P. 475-483. DOI 10.21883 / JTF.2021.03.50526.222-20.
Щегольков, А. В. Влияние механоактивации многослойных углеродных нанотрубок на электрофизические свойства наноструктурированных эластомеров / А. В. Щегольков, А. В. Щегольков // Российский химический журнал. 2021. Т. 65. № 4. С. 88-94. DOI 10.6060/rcj.2021654.15. / Shchegolkov, AV Effect of mechanical activation of multilayer carbon nanotubes on the electrophysical properties of nanostructured elastomers / AV Shchegolkov, AV Shchegolkov // Russian Chemical Journal.2021. T. 65. № 4. P. 88-94. DOI 10.6060 /rcj.2021654.15.
Щегольков, А. В. Сравнительный анализ тепловых эффектов в эластомерах, модифицированных МУНТ при постоянном электрическом напряжении / А. В. Щегольков // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021. № 1(55). С. 63-73. DOI 10.18323/2073-5073-2021-1-63-73. / Shchegolkov, A. V. Comparative analysis of thermal effects in elastomers modified with MWCNT at constant electric voltage / A. V. Shchegolkov // Science Vector of Togliatti State University. 2021. № 1 (55). P. 63-73. DOI 10.18323 / 2073-5073-2021-1-63-73.
