25 Авг

Полимерные радиопоглощающие материалы с углеродными нанотрубками для крайне высокочастотного диапазона




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Создание материалов, поглощающих электромагнитное излучение неразрывно связано с развитием радиоэлектронной техники. С помощью радиопоглощающих материалов (РПМ) решают широкий круг задач, таких как защита информации от несанкционированного доступа, обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, уменьшение радиолокационной заметности, защита человека от электромагнитного излучения (ЭМИ). В зависимости от назначения РПМ разрабатываются для конкретных частотных диапазонов. Радиоэлектронных приборов, работающих на частотах свыше 27 ГГц, пока не так много. Как правило, их назначение аналогично более низкочастотным приборам, но за счет большей частоты достигается более высокая точность и быстродействие оборудования, а также уменьшение его размеров. Поскольку требования к точности радиолокации, скорости передачи данных и миниатюризации устройств с каждым годом растут, неизбежен постепенный переход рабочих частот основной массы радиоэлектронных устройств в КВЧ диапазон[1–3].

В качестве полимерной матрицы для получения образцов РПМ использовали композиции на основе поливинилхлорида(ПВХ). В качестве наполнителей использовали УНТ марок «Таунит» (длина ≥ 2 мкм, диаметр 20-70 нм), «Таунит-М» (длина ≥ 2 мкм, диаметр 8-15 нм) и «Таунит-МД» (длина ≥ 20 мкм, диаметр 30-80 нм), а также технический углерод К-354 и графит ГК-3.

Данный полимер был выбран не случайно, а потому, что он позволяет получить материалы практически с любой эластичностью от жестких пластиков до резиноподобных систем. Также известно о положительном влиянии УНТ на физико-механические свойства композитов на основе ПВХ [4].

Композиции, состоящие из ПВХ, пластификатора, термостабилизатора и углеродного наполнителя смешивали методом горячего вальцевания и получали пластины РПМ методом горячего прямого прессования в стальных формах.

Измерение радиопоглощающих свойств проводили волноводным способом, измеряя ослабление проходящего излучения через материал в диапазоне частот 26-37,5 ГГц. Для этого из полученных пластин вырезали образцы толщиной 3 мм, помещали его во фланец, а фланец встраивали в волноводную линию, подключенную к анализатору цепей PNA-L N5230C.

На рисунке1  видно, что чем больше частота ЭМИ, тем выше ослабление и ниже пропускание. Эти наблюдения согласовываются с общими представлениями о распространении электромагнитной волны через диэлектрические и полупроводниковые среды.

Рис. 1. Зависимость пропускания от частоты ЭМИ падающего на образец РПМ

Проведенные исследования показали, что углеродные нанотрубки на 1-2 порядка эффективнее в качестве радиопоглощающих наполнителей по сравнению с обычными формами углерода, техническим углеродом и графитом. При этом их концентрация, необходимая для достижения таких же свойств,  в композите на 1-2 порядка ниже, чем концентрация микроразмерных наполнителей(рис.2).

Рис. 2. Зависимость ослабления от массовой доли различных видов наполнителей на частоте 26 ГГц

Среди исследованных нанотрубок наибольшей эффективностью обладают нанотрубки марки «Таунит-М» и «Таунит-МД», что в первую очередь связано с их малым диаметром, за счет которого увеличивается эффект рассеяния падающего на материал излучения.

Список использованной литературы:

  1. Sedelnikova O.V., Kanygin M.A., Korovin E.Yu. et al. Effect of fabrication method on the structure and electromagnetic response of carbon nanotube/polystyrene composites in low-frequency and Ka bands // Composites Science and Technology. 2014. V. 102. P. 59–64.
  2. Kuzhir P., Paddubskaya A., Bychanok D. et al. Microwave probing of nanocarbon based epoxy resin composite films: Toward electromagnetic shielding // Thin Solid Films. 2011. V. 519. P. 4114–4118.
  3. Зефиров В.Л., Бакина Л.И., Захарычев Е.А. Радиопоглощающий материал с низким уровнем отражения // Антенны. 2016. № 1 (221). С. 45-48.
  4. S. Belov, E.A. Zakharychev, S.A. Ryabov et al. Preparation of composite materials on the basis of polyvinyl chloride and nanomodifiers // Russian Journal of Applied Chemistry. 2011. V. 84. No. 12. P. 2148−2151.
  5. A. Zakharychev, S.A. Ryabov, V.L. Zefirov et al. Development of polymer radio absorbing materials with carbon nanotubes for extremely high frequency range // Inorganic Materials: Applied Research. 2013. V. 4. No. 5. P. 405–409.
  6. A. Zakharychev, E.N. Razov, Yu.D. Semchikov et al. Radar absorbing properties of carbon nanotubes/polymer composites inthe V-band // Bulletin Material Science. 2016. V. 39. No. 2. P. 451–456.
  7. Е.А. Захарычев, С.А. Рябов, Ю.Д. Семчиков и др. Исследование влияния степени функционализации на некоторые свойства многослойных углеродных нанотрубок // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 1 (1), С. 100–104.
  8. A. Zakharychev, M.A. Kabina, E. N. Razov et al. Effect of functionalization of carbon nanotubes on the radar-absorbing properties of polymeric composites based on them // Russian Journal of Applied Chemistry. 2015. V. 88. No. 2. P. 302−307.
    Полимерные радиопоглощающие материалы с углеродными нанотрубками для крайне высокочастотного диапазона
    Данная работа заключается в исследовании радиопоглощающих свойств полимерных композиционных материалов на основе поливинилхлорида и углеродных нанотрубок в области 26-37 ГГц крайне высокочастотного диапазона электромагнитного спектра. Были получены полимерные композиты с различным содержанием нескольких марок углеродных нанотрубок, а также с техническим углеродом и графитом. Измерены значения ослабления электромагнитного излучения, проходящего через композиты с различными наполнителями. Показано, что композиты с углеродными нанотрубками позволяют достичь ослабления электромагнитного излучения на 1-2 порядка выше по сравнению с композитами с техническим углеродом и графитом. Аналогичные характеристики ослабления, достигаются композитами с УНТ при концентрации последних на 1-2 порядка ниже по сравнению с концентрациями микроразмерных наполнителей.
    Written by: Геранина Алина Михайловна
    Published by: Басаранович Екатерина
    Date Published: 12/11/2016
    Edition: euroasia-science.ru_#29_25.08.2016
    Available in: Ebook