Frequency-Dependent Behavior of the Conductivity of a Polymer Composite of Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene and Nano-NiO

L. Yu. Fedorov; Федоров Л. Ю.; A. V. Ushakov; Ушаков А. В.; I. V. Karpov; Карпов И. В.; E. A. Goncharova; Гончарова Е. А.

doi:10.31857/S0002337X23020057

Frequency-Dependent Behavior of the Conductivity of a Polymer Composite of Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene and Nano-NiO

Authors: Fedorov L.Y.¹^,2, Ushakov A.V.¹^,2, Karpov I.V.¹^,2, Goncharova E.A.¹^,2
Affiliations:
1. Siberian Federal University, 660041, Krasnoyarsk, Russia
2. Krasnoyarsk Scientific Center (Federal Research Center), Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 660036, Krasnoyarsk, Russia
Issue: Vol 59, No 2 (2023)
Pages: 235-240
Section: Articles
URL: https://kld-journal.fedlab.ru/0002-337X/article/view/668373
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23020057
EDN: https://elibrary.ru/YDESLH
ID: 668373

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Electrical transport properties of a composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene having NiO nanoparticles deposited on its granules have been investigated using impedance spectroscopy. This has made it possible to study electrical engineering properties of an ensemble of nanoparticles uniformly distributed over a polymer matrix. We have evaluated the dielectric permittivity, capacitance, and dielectric loss tangent of the composite and found frequency dependences of the real and imaginary parts of its complex conductivity. The hopping conduction mechanism has been shown to prevail in the composite at frequencies of up to 1 MHz, giving way to a relaxation mechanism at higher frequencies. We discuss a correlation between structural features of the composite and charge transport processes.

Keywords

vacuum arc discharge, nanocomposites, nickel oxide, impedance, dielectric properties

References

Маркевич И.А., Селютин Г.Е., Дрокин Н.А., Селютин А.Г. Электрофизические и механические свойства композита с повышенной диэлектрической проницаемостью на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, модифицированного углеродными нанотрубками // ЖТФ. 2020. Т. 90. Вып. 7. С. 1151–1158. https://doi.org/10.21883/JTF.2020.07.49450.391-19
Беляев Б.А., Тюрнев В.В., Ходенков С.А. Эффективная диэлектрическая проницаемость анизотропного композита из сфероидных частиц в диэлектрической матрице // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. Вып. 23. С. 22–26. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.23.51779.18984
Баронин Г.С., Бузник В.М., Мищенко С.В., Завражин Д.О. Исследование строения и свойств полимерных композитов на основе политетрафторэтилена и наночастиц кобальта, титана и кремния // Инж.-физ. журн. 2021. Т. 94. Вып. 6. С. 1655–1662.
Яковенко Е.С., Мацуй Л.Ю., Вовченко Л.Л., Олейник В.В., Лаунец В.Л., Труханов А.В. Диэлектрические свойства композитных материалов с ориентированными углеродными нанотрубками // Неорган. материалы. 2016. Т. 52. Вып. 11. С. 1271–1276. https://doi.org/10.7868/S0002337X1611018X
Broadband Dielectric Spectroscopy / Eds. Kremer F., Schönhals A. N.Y.: Springer, 2003.
Маркевич И.А., Дрокин Н.А., Селютин Г.Е. Исследование методом импедансной спектроскопии полимерного композита с углеродными нанотрубками в контакте с электролитом // ЖТФ. 2019. Т. 89. Вып. 9. С. 1400–1405. https://doi.org/10.21883/JTF.2019.09.48066.42-19
Ульзутуев А.Н., Ушаков Н.М. Переходные процессы на границе нанонаполненный полиэтилен−металлический контакт // Письма в ЖТФ. 2012. Т. 38. Вып. 14. С. 56–63.
Nemeryuk A.M., Lylina M.M., Retivov V.M., Volkov P.A., Zhdanovich O.A. Modification of Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene with Nanoparticles of Titanium Subgroup Metal Oxides // Russ. J. Inorg. Chem. 2015. V. 60. P. 1548–1555. https://doi.org/10.1134/S0036023615120190
Lepeshev A.A., Drokin N.A., Ushakov A.V., Karpov I.V., Fedorov L.Yu., Bachurina E.P. Localization and Transfer of Charge Carriers in CuO Nanopowder by Impedance Spectroscopy // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2018. V. 29. № 14. P. 12118–12125. https://doi.org/10.1007/s10854-018-9319-2
Арбузова Т.И., Наумов С.В., Арбузов В.Л., Шальнов К.В., Ермаков А.Е., Мысик А.А. Поверхностный магнетизм нанокристаллического монооксида меди // ФТТ. 2003. Т. 45. Вып. 2. С. 290–295.
Ushakov A.V., Karpov I.V., Zeer G.M., Fedorov L.Yu., Demin V.G., Goncharova E.A. Effect of Quenching Rate on the Crystalline and Impedance Properties of NiO Nanoparticles // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2020. V. 27. № 5. P. 1486–1491. https://doi.org/10.1109/TDEI.2020.009110
Карпов И.В., Ушаков А.В., Лепешев А.А., Федоров Л.Ю. Плазмохимический реактор на основе импульсного дугового разряда низкого давления для синтеза нанопорошков // ЖТФ. 2017. Т. 87. Вып. 1. С. 140–145. https://doi.org/10.21883/JTF.2017.01.1851
Федоров Л.Ю., Карпов И.В., Ушаков А.В., Лепешев А.А., Иваненко А.А. Структурное состояние сверхвысокомолекулярного полиэтилена при одностадийном осаждении наночастиц из плазмы дугового разряда // Письма в ЖТФ. 2017. Т. 43. Вып. 21. С. 24–32. https://doi.org/10.21883/PJTF.2017.21.45158.16747
Ормонт М.А., Звягин И.П. Особенности частотной зависимости проводимости неупорядоченных полупроводников в области смены механизма переноса // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. Вып. 4. С. 449–452.