Композиционный радиопоглощающий материал
Владельцы патента RU 2380867:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") (RU)
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к средствам для защиты от электромагнитных полей радиочастотного диапазона и позволяет увеличить поглощение электромагнитного излучения в композиционном материале при сохранении тех же значений отражения электромагнитного излучения. Это достигается тем, что в известный композиционный радиопоглощающий материал, содержащий порошкообразный феррит и полимерное связующее, дополнительно введены углеродные нанотрубки, а сам ферритовый порошок выбран в качестве основы в виде бариевого гексагонального феррита, легированного ионами скандия, с дисперсностью от 5 до 50 мкм, при этом компоненты композиционного материала выбраны в следующих соотношениях, в мас.%: полимерное связующее 29,40-39,96, феррит 58,80-69,93, углеродные нанотрубки 0,1-2. Эффект от добавления в состав материала углеродных нанотрубок становится значимым при количестве в водимых нанотрубок от 0,1 мас.%. Использование нанотрубок в количестве более 2 мас.% приводит к увеличению вязкости материала, что ухудшает его технологические свойства. Выбранное количество порошкообразного феррита с гексагональной структурой в качестве основы в составе композиционного радиопоглощающего материала обеспечивает поглощение электромагнитного излучения, основанное на явлении естественного ферромагнитного резонанса. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к средствам для защиты от электромагнитных полей радиочастотного диапазона.
Известен композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения (см. патент RU 2324989, G12В 17/02, опубл. 20.05.2008 г.), который состоит из полимерной основы, с распределенными в ней частицами аморфного магнитомягкого сплава Fe-Cu-Nb-Si-B или Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой, а также нанокристаллами соединения α-(Fe, Si) или ε-Co объемной плотностью (0,6÷1,4)-10-5 1/нм3. Высокая магнитная проницаемость, достигаемая применением аморфного магнитомягкого металлического сплава с нанокристаллической структурой, повышает эффективность экранирования электромагнитных полей, что позволяет снизить толщину и уменьшить массогабаритные характеристики композиционного материала и, как следствие, обеспечить эффективную защиту от электромагнитного излучения.
Однако магнитомягкий металлического сплав создает высокое отражение электромагнитного излучения из-за сильного рассогласования волновых сопротивлений среды и покрытия.
Известна также полезная модель СВЧ-печи, описанная в свидетельстве RU 10317, МПК Н05В 6/64, 1999 г., где используются гиромагнитные композиционные пленки, расположенные на внутренних поверхностях волновода, на защищающей заслонке и на уплотняющем канте со стороны крепления дверцы к корпусу, выполненные из термостойкого диэлектрического связующего материала, прозрачного на рабочей частоте СВЧ-генератора, и наполнителя из смеси порошков легированных гексаферритов с различными частотами естественного ферромагнитного резонанса, близкими к частотам высших гармоник СВЧ-генератора. Использование смеси порошков гексаферритов обладающих различными частотами естественного ферромагнитного резонанса, близкими к частотам высших типов гармоник СВЧ-генератора, позволило устранить паразитное изучение. Применение наполнителя из гексаферритов обеспечивает согласование среды с покрытием и позволяет максимально поглощать электромагнитное излучение, значительно уменьшая отражение от покрытия.
Поэтому недостатком материала является снижение поглощения электромагнитного излучения при увеличении количества легированных гексаферритов с различными частотами ферромагнитного резонанса. При этом уменьшение массовой доли порошка определенного состава в общей массе наполнителя приводит к снижению поглощения материала.
Наиболее близким по технической сущности к изобретения является композиционный радиопоглощающй материал, описанный в патенте RU 2005132246, МПК H01Q 17/00, опубл. 27.02.2006 г., который содержит полимерное связующее и порошкообразный наполнитель, представляющий собой смесь карбонильного железа, феррита и фуллерена в следующем соотношении, мас.%:
| Полимерное связующее | 40-60 |
| Феррит | 9-6 |
| Карбонильное железо | 42-28 |
| Фуллерен | 9-6 |
Этот материал характеризуется повышенным поглощением электромагнитного излучения за счет сочетания в наполнителе феррита и проводящих (полупроводящих) частиц.
Недостатком такого материала являются высокие значения отражения электромагнитного излучения от границы раздела среда-покрытие.
Технической задачей изобретения является увеличение поглощения электромагнитного излучения в композиционном материале при сохранении тех же значений отражения электромагнитного излучения.
Этот технический результат достигается тем, что в известном композиционном радиопоглощающем материале, содержащим порошкообразный феррит и полимерное связующее, дополнительно введены углеродные нанотрубки, а сам ферритовый порошок выбран в качестве основы с дисперсностью от 5 до 50 мкм, при этом компоненты композиционного материала выбраны в следующих соотношениях, мас.%:
| Полимерное связующее | 29,40-39,96 |
| Феррит | 69,93-58,80 |
| Углеродные нанотрубки | 2-0,1 |
Дополнительно ферритовый порошок наполнителя может быть выбран с гексагональной структурой.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведены частотные зависимости поглощения в композиционных материалах с добавлением нанотрубок, где знаком (+) обозначены точки, соответствующие добавке 0,1 мас.% нанотрубок, (■) - 0,5 мас.% нанотрубок, (♦) - 1,0 мас.% нанотрубок, (х) - 2,0 мас.% нанотрубок и (▲) - без добавления нанотрубок, на фиг.2 изображены частотные зависимости отражения в тех же композиционных материалах.
Экспериментально установлено, что эффект от добавления в состав радиопоглощающего композиционного материала углеродных нанотрубок становится значимым при количестве в водимых нанотрубок от 0,1 мас.%. Использование нанотрубок в количестве более 2 мас.% приводит к увеличению вязкости материала, что ухудшает его технологические свойства.
Выбранное количество порошкообразного феррита с гексагональной структурой в качестве основы в составе композиционного радиопоглощающего материала обеспечивает поглощение электромагнитного излучения, основанное на явлении естественного ферромагнитного резонанса.
Пример конкретного выполнения: в лабораторных условиях были изготовлены восемь различных составов композиционного материала, в которых в качестве наполнителя использовалась смесь бариевого гексагонального феррита, легированного ионами скандия, состава BaSc1,2Fe10,8O19 и углеродных нанотрубок в количестве 0; 0,1; 0,5; 1,0 и 2,0 мас.%. Ферриты изготавливались по керамической технологии при температуре обжига 1360°С в течение 6 часов. Обожженный феррит дробился и размалывался в шаровой мельнице до получения частиц с размерами от 5 до 50 мкм. Измерения отражения и поглощения электромагнитного излучения материалом выполнялись волноводным методом с согласованной нагрузкой. Из композиционного материала формировались образцы для измерений размером 10×23×10 мм, соответствующие стандартному сечению волновода. Соотношение компонентов в полученных композиционных материалах, а также результаты испытаний приведены в таблице.
Экспериментально полученные результаты сведены в таблицу, из которой видно, что введение в композит углеродных нанотрубок в количестве 2 мас.% позволяет увеличить максимальное значение поглощения электромагнитного излучения в 30 раз (28 дБ). При этом диапазон частот, при котором значение поглощения составляет половину от максимального значения, увеличивается в 2 раза. Отражение электромагнитного излучения для композита с содержанием 2 мас.% углеродных нанотрубок в диапазоне частот от 8 до 26 ГГц возрастает незначительно (в 1,2 раза) и составляет 1,67 дБ.
| № | Связующее, мас.% | Феррит, мас.% | Углеродные нанотрубки, мас.% | Максимальное поглощение, дБ | Диапазон поглощаемых частот, ГГц | Отражение, дБ |
| 1 | 40,00 | 60,00 | 0 | 7,5 | 10 | 1,17 |
| 2 | 39,96 | 59,94 | 0,1 | 9,1 | 11,5 | 1,25 |
| 3 | 39,20 | 58,80 | 2,0 | 22,5 | >18 | 2,22 |
| 4 | 30,00 | 70,00 | 0 | 12,8 | 10 | 0,92 |
| 5 | 29,97 | 69,93 | 0,1 | 13,2 | 10,5 | 0,84 |
| 6 | 29,85 | 69,65 | 0,5 | 17,9 | 13 | 1,09 |
| 7 | 29,70 | 69,30 | 1,0 | 25,8 | >18 | 1,26 |
| 8 | 29,40 | 68,60 | 2,0 | 28,6 | >18 | 1,67 |
Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить поглощение электромагнитного излучения в композиционном материале, снизить толщины и уменьшить массогабаритные характеристики композиционного радиопоглощающего материала.
Композиционный радиопоглощающий материал, содержащий порошкообразный наполнитель на основе феррита и полимерное связующее, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного наполнителя выбран материал, содержащий смесь бариевого гексагонального феррита, легированного ионами скандия, с дисперсностью от 5 до 50 мкм с добавлением углеродных нанотрубок, при следующем содержании компонентов, мас.%:
| бариевый гексагональный феррит, | |
| легированный ионами скандия | 58,80-69,93 |
| углеродные нанотрубки | 0,1-2 |
| полимерное связующее | 29,40-39,96 |
