Терагерцовая спектроскопия строительных материалов

Актуальность. Импульсная терагерцовая спектроскопия получила широкое распространение в научных исследованиях быстропротекающих процессов в различных структурах на нано-, мезо- и макроуровнях. В строительных технологиях терагерцовое излучение до самого последнего времени практически не применялось. С развитием теории и практики терагерцовой спектроскопии ее способы могут успешно дополнять классические методы физико-химического анализа строительных материалов различного технического назначения, особенно теплоизоляционных в широком диапазоне плотности и электроизоляционных свойств. Наиболее актуальны данные исследования в настоящее время в связи с разработкой составов и технологий эффективных теплоизоляционных материалов на основе отходов целлюлозно-бумажной промышленности, в том числе различных видов некондиционного сырья.
Цель работы – обосновать применение терагерцовой спектроскопии в изучении механизмов формирования структур твердения строительных материалов различной природы.
Методы. При проведении исследований для изучения механизма протекающих процессов использован метод терагерцовой спектроскопии и структурно-механические методы анализа.
Результаты. Установлено, что наиболее высокими эксплуатационными характеристиками обладает система на основе модифицированного полиуретана и бумажного наполнителя. Показано, что наиболее сильное поглощение терагерцового излучения в исследуемых образцах наблюдается в области частот выше 1–2 ТГц.
По результатам проведенных исследований сделан вывод о существовании корреляции между величиной теплопроводности и коэффициентом поглощения образца.

1. Monte M. C., Fuente Е., Blanco А., Negro С. Waste management from pulp and paper production in the European Union // Review Waste Manag. 2009. P. 293–308. URL: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.02.002

2. Эковата – утеплитель из бумаги. Особенности, характеристики и свойства. URL: https://ekovata-msk.ru/stati/ekovata-uteplitel-iz-bumagi/ (дата обращения: 17.06.2024).

3. Bang J., Choi H.Y., Ahn K.-S., Yeo H., Oh. J.-K., Kwak H.W. Sustainable cellulose nanofiber/hydrophobic silica nanoparticle coatings with robust hydrophobic and water-resistant properties for wood substrates // Appl. Surf. Sci. 2024. V. 654. 159419. URL: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.159419

4. Kunam P.K., Anushikha, Gaikwad K.K. Water resistant paper based on natural rubber latex from Hevea brasiliensis andbutyl stearate hydrophobic coating for packaging applications // Industrial Crops and Products. 2023. V. 205. 117480. URL: https://doi.org/org/10.1016/j.indcrop.2023.117480

5. Иванова Н.В. Математическая обработка ИК-спектра // Журнал прикладной спектроскопии. 1989. 51. № 2. С. 301–306.

6. Moghadam S.G., Momen G., Bakhshandeh E., Jafari R. To be or not to be a hydrophobic matrix? The role of coating hydrophobicity on anti-icing behavior and ions mobility of ionic liquids // Chemical Engineering Journal. 2024. V. 485. 149696. URL: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149696

7. Варепо Л.Г. Исследование свойств бумаги методом ИК-спектроскопии // Фундаментальные исследования. 2007. Т. 12. С. 463–464. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4369 (дата обращения: 29.04.2024).

8. Ешбаева У.Ж., Джалилов А.А. ИК-спектроскопические исследования свойств бумаг со связующими полимерами // Universum: технические науки. 2022. № 1 (94). URL: https://doi.org/10.32743/UniTech.2022.94.1.12936 (дата обращения: 08.06.2024).

9. Михалева М.Г. Суперспирализованные анизометрические фазы в системах биомиметиков и целлюлозе : специальность 03.01.02 : диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва, 2017. 135 с.

10. Grunin Y.B., Grunin L.Yu., Schiraya V.Yu., Ivanova M.S., Masas D.S. Cellulose–water system’s state analysis by protonnuclear magnetic resonance and sorption measurements// Bioresources and Bioprocessing. 2020. V. 7. № 1. P. 1–11. URL: https://doi.org/10.1186/s40643-020-00332-8

11. Abina A., Puc U., Jeglič A., Zidanšek A. Applications of terahertz spectroscopy in the field of construction and buildingmaterials // Appl. Spectrosc. Rev. 2014. V. 50. № 4. P. 279–303.

12. Abina A., Puc U., Jeglič A., Zidanšek A. Structural characterization of thermal building insulation materials using terahertzspectroscopy and terahertz pulsed imaging // NDT & E Int. 2016. V. 77. P. 11–18. DOI: 10.1016/j.ndteint.2015.09.004

13. Jepsen P.U., Cooke D.G., Koch M. Terahertz spectroscopy and imaging – Modern techniques and applications // Las. Phot.Rev. 2011. V. 5. № 1. P. 124–166. URL: https://doi.org/10.1002/lpor.201200505

14. Yang Y., Wu T.V., Sempey A., Pradere C., Sommier A., Batsale J.-C. Combination of terahertz radiation method and thermal probe method for non-destructive thermal diagnosis of thick building walls // Energy Build. 2018. V. 158. P. 1328–1336. URL: https://doi.org/org/10.1016/j.enbuild.2017.11.029