РАДИОПОГЛОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ

February 9, 2013 by admin Комментировать »

Колесов В. В., Петрова Н. Г., Фионов А. С. Институт радиотехники и электроники РАН, ИРЭ РАН ул. Моховая, д. 11, корп. 7, г. Москва, 125009, Россия тел. .+7(495)2021046, e-mail: kvv@mail.cplire.ru Горшенев В. Н., Куликовский Э. И.

НПП «Радиострим» г. Москва, Россия

Аннотация – Разработаны радиопоглощающие материалы на основе полимерных технологий, представляющие собой однородную неупорядоченную дисперсную систему, в которой полимерная матрица является дисперсионной средой, а частицы наполнителя – дисперсной фазой. В работе исследованы параметры поглощения трех типов полимерных сред, наполненных металлическими магнитномягкими материалами, широко применяемыми в радиоэлектронной аппаратуре.

I.                                       Введение

Металлсодержащие полимерные материалы являются предметом интенсивных исследований в связи с перспективами их использования в различных областях техники и технологии.

Структурированные материалы на полимерной основе широко применяются при разработке новых конструкционных материалов. Поэтому в целях получения материалов с заданными механическими, электрическими и теплофизическими свойствами разрабатываются композиции, состоящие из полимерного связующего, наполнителей и других добавок. Композиционные материалы, в отличие от растворов и пластифицированных полимеров, не являются смесями на молекулярном уровне. Размеры включений всегда значительно превышают размеры молекул. В матричной смеси полимер образует непрерывную среду (матрицу), в которой дискретно распределены не контактирующие между собой включения, причем две фазы смеси не равноправны. Форма частиц наполнителя может быть различной: сферы, цилиндры (волокна), пластинки и т. д.

Рис. 1. Зависимость удельного объемного сопротивления от массовой доли наполнителя.

Fig. 1. Specific resistance dependence vs mass percentage content of the filler

Большинство металлических наночастиц термодинамически нестабильно. Для их стабилизации МОЖНО использовать следующие полимеры: полиэтилен, полипропилен, политетрафлюороэтилен, по- лифениленоксид, полиэтиленгликоль и другие [1]. Эти полимеры имеют сравнительно высокую термическую и окислительную устойчивость, уникальные реологические свойства и высокую диэлектрическую прочность. Также важно, что эти полимеры- достаточно технологичны и химически инертны.

Задача совмещения в одном материале свойств полимера и металла, а также регулирование этих СВОЙСТВ посредством концентрационных изменений, обсуждается достаточно давно. Исследование нано- размерных и кластерных металлсодержащих частиц в матрицах полимеров стимулируется постоянно растущим интересом к данной проблеме во многих областях химии, физики и материаловедения.

II.                              Основная часть

Ослабление мощности электромагнитного излучения радиопоглощающим материалом может быть

Разработанные радиопоглощающие материалы на основе полимерных технологий представляют собой однородную неупорядоченную дисперсную систему, в которой полимерная матрица является дисперсионной средой, а частицы наполнителя- дисперсной фазой. Выбор ПВХ пластигелевых композиций обусловлен НИЗКОЙ вязкостью исходного пласти- золя простотой технологического перехода исходного сырья в ГОТОВЫЙ материал, а также возможностью проведения исследований по оценке влияния размерного фактора частиц наполнителя на радиопоглощающие свойства композита.

В работе исследованы параметры поглощения трех ТИПОВ полимерных сред, наполненных металлическими магнитно-мягкими материалами, широко применяемыми в радиоэлектронной аппаратуре:

–        ПВХ матрица, наполненная мелкодисперсным порошком карбонильного железа Р-10 с массовой долей наполнителя 10- 40%. Карбонильное железо представляет собой тонкодисперсный порошок железа, СОСТОЯЩИЙ из частиц сферической формы. Средний размер частиц 5- 10 мкм определенный по данным оптической микроскопии, имеет тенденцию к увеличению с повышением доли наполнителя в смеси.

–        ПВХ матрица, наполненная мелкодисперсным порошком аморфного металлического магнетика на основе Fe (АМАГ), полученного методом закалки из ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ с массовой долей наполнителя 10- 60 %. Средний размер частиц 30 – 60 мкм [2].

–        ПЭВД матрица, наполненная наноразмерными частицами сложного состава (железо и его окислы), полученными термолизом прекурсора в раствор- расплаве полимера. Массовая доля наполнителя 2- 30 %. Средний размер частиц по данным электронной микроскопии ВЫСОКОГО разрешения 6- 10 нм. На- ночастицы СЛОЖНОГО состава, полученные посредством термического разложения пентакарбонила железа Fe (СО)бВ растворе-расплаве ПЭВД [3].

отнесено на поглощение энергии (диэлектрические и магнитные потери, электропроводность) и рассеяние (структурная неоднородность материала).

Измерены величины удельного электрического сопротивления и погонного поглощения СВЧ мощности (на λ=1 см) в зависимости от массовой доли наполнителя в полимерном композите (Рис. 1 и 2).

Сопоставление зависимостей позволяет сделать вывод: аномальный рост поглощения СВЧ мощности в исследуемых материалах наблюдается в области концентраций наполнителя, соответствующих аномальному росту электропроводности (область пер- коляционного перехода).

Рис. 2. Зависимость поглощения от массовой доли наполнителя.

Fig. 2. Absorption vs percentage content ofthe filler

При концентрациях наполнителя ниже порога перколяции поглощение определяется двумя основными факторами: диэлектрическими потерями в диэлектрике, зависящими от выбранной полимерной матрицы, и магнитными потерями, зависящими от характеристик частиц наполнителя. В области критических концентраций основным механизмом поглощения становятся потери на вихревые токи.

III.                                  Заключение

Рассмотрены наполненные полимерные материалы с диэлектрическими и магнитодиэлектрическими потерями, на основе которых могут быть созданы эффективные радиопоглощающие среды. Разработанная технология позволяет варьировать электрофизические свойства материалов в широком диапазоне. Показано, что на основе наполненных полимеров возможно создание эффективных широкополосных поглотителей с регулируемыми в широких пределах электрическими и магнитными свойствами.

IV.                         Список литературы

[1] S. р. Gubin. Metalcontaning nano-particles witchin polymeric matrices: preparation, structure and properties. // Colloids and surfaces A: Physicochemical and engineering aspects,

2002,       V.202, p.155.

[2] V. N. Gorshenev, S. B. Bibikov, V. N. Specfor Modifying of materials by counter-diffusion of reagents, Material Chemistry and Physics (2001), v. 74, p. 154-159.

[3] Кособудский И. Д., Юрков Г. Ю. Наноразмерные металлические частицы в полимерных матрицах:2. Синтез, физико-химические свойства. Применение.//Известия ВУЗов. Сер. химия и хим. технология, 2000, том 43, вып.5, с. 26.

RADIO ABSORPTION MATERIALS ON THE BASIS OF FILLED POLYMERS

Kolesov V. V., Petrova N. G., Fionov A. S. Institute of Radio Engineering and Electronics, RAS St. Mokhovaya, 11, Moscow, 125009, Russia Ph..+7(495)2021046, e-mail: kvv@mail.cplire.ru Gorshenev V. N., Kulikovskiy E. I.

NPP «Radiostrim»

Moscow, Russia

Abstract – Radio absorption materials on the basis of polymeric technologies are designed. Considered in this paper are the absorption parameters of three types ofthe polymeric materials filled by metallic soft magnetic materials, which are broadly applicable in radio electronic equipment.

I.                                       Introduction

Polymeric materials filled by metallic soft magnetic materials are the subject of the intensive studies because they are prospective in different fields of science and technologies. Structured materials on polymeric base are broadly used for development of new building materials.

The problem of putting materials with polymeric and metallic characteristics together as well as characteristics control using the means of concentration change is discussed long ago. The study of nanodimensional and cluster metallic particles in polymer matrix is stimulated by constantly rising interest to the given problem in the spheres of chemistry, physics and science of materials.

II.                                         Main Part

Absorption parameters of three types of the polymeric materials filled by metallic soft magnetic materials broadly applicable in radio electronic equipment have been investigated:

–        Polyvinylchloride (PVC) matrix filled by fine-dyspersated powder of carbonyl iron R-IOwith mass content of the filler about 10- 40%. Carbonyl iron is a fine-dyspersated powder consisting of particles with the spherical shape. The average size of the particles determined by optical microscopy was 5-10 μm and tends to increase with increasing ofthe filler in mixture.

–        PVC matrix filled by fine-dyspersated powder of amorphous metallic magnetic on the ferrous basis (AMAG) obtained by hardening method from fluidity with mass part of the filler about 10- 60 %. The average size ofthe particles was about 30 – 60 \лт.

–        High pressure polyethylene matrix filled by complex nanoparticles (iron and its oxides) obtained by precursor thermolysis in solution-melt polymer. The mass part of the filler was about 2- 30 %. The average size of the nanoparticles determined by optical microscopy was 6-10 nm.

The values of the specific electric resistance and linear absorptions of microwave power (on λ=1 sm) depending on mass part ofthe filler in polymeric composite are measured.

Comparing these dependencies allows concluding that: anomalous growing of the absorption microwave power in investigation materials exists in the area of filler concentration corresponding to anomalous growing of electroconductivity (the area of percolating transition).

At filler concentration below percolation threshold the absorption is defined by two main factors: dielectric loss in dielectric is determined by the type of chosen polymeric matrix, and magnetic loss is determined by the features of filler particles. In the area of critical concentration the main absorption mechanism is the vertical currents loss.

III.                                     Conclusion

The technology designed allows materials’ varying electro physical characteristics within the broad range. It is possible to create the efficient broadband absorbers with electric and magnetic parameters controlled within the wide range.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты