Debye temperatures and nanostructuring of polyurethane auxetics

Т.М. Шевчук; М.А. Бордюк; В.А. Мащенко; В.В. Крівцов; Л.В. Мащенко

doi:10.15330/pcss.25.2.316-324

Автор(и)

Т.М. Шевчук Рівненський державний гуманітарний університет, м.Рівне, Україна
М.А. Бордюк Рівненська медична академія, м.Рівне, Україна
В.А. Мащенко Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне; Науково-виробнича фірма „Продекологія” м. Рівне, Україна
В.В. Крівцов Рівненський державний гуманітарний університет, м.Рівне, Україна
Л.В. Мащенко Львівський державний університет фізичної культури імені Івана Боберського, Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.2.316-324

Ключові слова:

полімерний ауксетик, поздовжня, поперечна та поверхнева хвилі, швидкість поширення, коефіцієнт Пуассона, температури та частоти Дебая, середньоквадратичне відхилення, наноструктурованість

Анотація

За експериментальними значеннями швидкостей поширення поздовжніх, поперечних та поверхневих ультразвукових хвиль розраховані енергії фононів та визначені обмежуючі частоти і температури Дебая у зразках металонаповнених поліуретанових ауксетиків. Моделювання структуроутворень таких систем та отримані значення решіткового, акустичного параметру Грюнайзена дозволило знайти середньоквадратичне зміщення атомних груп молекулярної сітки, а також межі вимушеної еластичності, деформації зсуву та деформації міжструктурного зв’язку. Встановлено взаємозв’язок між частотами (температурами) Дебая та коефіцієнтом Пуассона, параметром Грюнайзена. Квантово-механічний підхід до переміщення електронів, атомних груп молекулярної сітки, теплових та звукових фононів дозволив оцінити розмірі наноутворень у композиція. Аналізуються теоретичні значення коефіцієнта Пуассона, отримані на основі моделей полімерних ауксетиків та процесів поширення різного типу ультразвукових хвиль в таких системах.

Посилання

O. P. Cheiliakh, Ya. O. Cheiliakh, Implementation of physical effects in the operation of smart materials to form their properties, Progress in Physics of Metals, 21 (3), 363 (2020); https://doi.org/10.15407/ufm.21.03.363.

M. A. Levina, D. G. Miloslavskii, M. V. Zabalov, Green chemistry of polyurethanes: synthesis, functional composition and reactivity of cyclocarbonate-containing sunflower oil triglycerides–renewable raw materials for new urethanes, Polymer Sciense, Series B, 61, 540 (2019); https://doi.org/10.1134/S1560090419050117.

T. T. Alekseeva, N. V. Babkina, N. V. Iarova, O. M. Gorbatenko, In fluence of the method of obtaining titanium containing interpenetrating polymer meshes on the kinetics of their formation, viscoelastic and thermophysical properties when varying the Ti-component, Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, 18 (1), 125 (2020);. https://doi.org/10.15407/nnn.18.01.125.

K. S. Bhullar. Three decadesof auxetic polymers: a review, e-Polymers. 15 (4), 205 (2015); https://doi.org/10.1515/epoly-2014-0193.

F. Scarpa, J. R. Yates, L. G. Ciffo S. Patsias, Dynamic crushing of auxetic open-cellpolyurethane foam, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 216 (12), 1153 (2002); https://doi.org/10.1243/095440602321029382.

Т. М. Shevchuk, М. А. Bordyuk, V. V. Krivtsov, V. A. Mashchenko. Fractal-percolation approach for determination of structural and mechanical properties of metal-filled polyurethane fuxetics, Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 42 (9), 1293 (2020); https://doi.org/10.15407/mfint.42.09.1293.

M. N. Magomedov. On the calculation of the Debye temperature and crystal–liquid phase transition temperature of a binary substitution alloy, Physics of the Solid State, 60, 981 (2018); https://doi.org/10.1134/S1063783418050190.

M. N. Magomedov. A change in the Debye temperature of a single-component substance upon amorphization, Technical Physics Letters, 45, 1042 (2019); https://doi.org/10.1134/S1063785019100249.

E. P. Troitskaya, E. A. Pilipenko, I. I. Gorbenko. Specific Heat Capacity and the Debye Temperature of a Compressed Crystalline Neon in the Model of Deformable Atoms, Physics of the Solid State, 62, 2393 (2020); https://doi.org/10.1134/S1063783420120288.

M. D. Raranskyi, V. N. Balazyuk, М. М. Gunyko, F. Ya. Struk. Analysis of specific auxetic properties of fullerite С60, Easten-European Journal of Enterprise Technologies 5 (5(77)) Applied physics. Materials Science, 18, (2015); https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.51345.

В. S. Koluev, M. А. Borduk, Yu. S. Lipatov. Frequency spectrum of structural elements of filled polyvinyl chloride, Dopovidi NАN Ukrainy, 8, 112 (1995).

B. S. Kolupaev, N. A. Bordyuk, O. M. Voloshin, Yu. S. Lipatov. The frequency spectrum of the structure elements of filled polyvinylchloride, Journal of Polymer Materials, 12, 143 (1995).

M. А. Borduk, B. S. Kolupaev, Yu. S. Lipatov. Contribution of the macrolattice to the dynamic and thermophysical properties of filled poly(vinyl chloride), Ukrainian Chemical Journal, 62 (4) 136, (1996).

M. А. Borduk, O. M. Voloshin, B. S. Kolupaev, Yu. S. Lipatov. Thermal energy transfer processes in heterogeneous systems based on linear amorphous polymers, Ukrainian Journal of Physics, 41 (4), 438, (1996).

Т. М. Shevchuk, М. А. Bordyuk, V. V. Krivtsov, V. V. Kukla, V. A. Mashchenko. Viscoelastic properties of filled polyurethane auxetics, Physics and Chemistry of Solid State, 22 (2), 32 (2021); https://doi.org/10.15330/pcss.22.2.328-335.

V. V. Klepko, B.B. Kolupaev, E. V. Lebedev, V. A. Mashchenko. Contribution of surface rayleigh waves to the heat capacity of poly(vinyl chloride), Polymer Sciense, Series A, 51 (9), 986 (2009); https://doi.org/10.1134/S0965545X09090041.

M. Ya. Seneta, R. M. Peleshchak, A. I. Nesterivskyi, N. I. Lazurchak, S. K. Guba. The influence of adsorbed atoms concentration on the temperature coefficient of resonant frequency of the quasi-Rayleigh wave, Condensed Matter Physics, 24 (1), 13401: 1 (2021); https://doi.org/10.5488/CMP.24.13401.

G. M. Kvashnin, B. P. Sorokinand S. I. Burkov. Excitation of surface acoustic waves and Lamb waves at superhigh frequencies in a diamond-based piezoelectric layered structure, Acoustical Physics, 67 (1), 38 (2021); https://doi.org/1134/S1063771021010024.

Physical acoustics / Editors W. P. Maison, R. N. Thurston. VI, (Academic Press, 1988).

P. C. Vinh, P. G. Malischewsky. Explanation for Malischewsky’s approximate expression for the Rayleigh wave velocity, Ultrasonics,45 (1), 77 (2006); https://doi.org/10.1016/j.ultras.2006.07.001.

V. А. Mashchenko. Method determinations of the dynamic Poison’s ratio of polymers auxetic using three types of acoustic waves, International scientific-technical journal “Measuring and Computing Devises in Technological Processes, 1, 16 (2020); https://doi.org/10.31891/2219–9365–2020–65–1–3.

S. S. Sangadiev, M. V. Darmaev, D. S. Sanditov. Elastic moduli and Poisson ratio of amorphous organic polymers, Polymer Sciense, Series A, 62, 174 (2020); https://doi.org/10.1134/S0965545X20030116.

B. S. Kolupaev, Yu. S. Lypatov, V. Y. Nykytchuk, N. A. Bordyuk, O. M. Voloshyn. Composite materials with negative Poisson coefficient, Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, 69 (5), 726 https://doi.org/10.1007/bf02606165.

V.А. Mashchenko, V. P. Kvasnikov. Measurement methods and automated instrument systems for determining modulus of elasticity (Volynski oberegy, Rivne, 2023).

Y. Liu, H. Hu A review on auxetic structures and polymeric materials, Scientific Research and Essays, 5 (10), 1052 (2010); https://academicjournals.org/journal/SRE/article-abstract/27EF13219060.

I. B. Olenych, O. I. Aksimentyeva, B. R. Tsizh, Y. Y. Horbenko, Transport and Relaxation of Charge in Organic-Inorganic Nanocomposites, Acta Physica Polonica, Series A, 133 (4), 851 (2018); https://doi.org/10.12693/APhysPolA.133.851.

T. M. Shevchuk, М.А. Borduk. Fractality and Grüneisen parameter of polymer systems with negative Poisson's ratio, Physics and Chemistry of Solid State, 17 (4), 476 (2016); https://doi.org/10.15330/pcss14.4.476–481.