авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Пленочные радиопоглощающие материалы, содержащие микро- и наночастицы наполнителя

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

РУМЯНЦЕВ ПАВЕЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Пленочные радиопоглощающие материалы, содержащие микро- и наночастицы наполнителя

05.09.02 – электротехнические материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» на кафедре физики электротехнических материалов и компонентов и автоматизации электротехнологических комплексов.

Чепарин Владимир Петрович

Научный руководитель:

Д.т.н., профессор

Официальные оппоненты:

Д.т.н., профессор, Дмитриев Александр Сергеевич

Зав. кафедрой Низких температур, Института тепловой и атомной энергетики (ИТАЭ) ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»

К.т.н., доцент, Безъязыкова Татьяна Григорьевна

Доцент кафедры ТиМ, факультета Технологий средств связи и биомедицинской электроники, СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Ведущая организация:

Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики.

Защита состоится «23» апреля 2013 г. в 15.00 час. на заседании диссертационного Совета Д 520.026.01 при ОАО "Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности" по адресу: 111024, г. Москва, Энтузиастов шоссе, 5, к. 908

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО «ВНИИ КП»»

Автореферат разослан «_____» ________ 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., Овчинникова И.А.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Развитие СВЧ-устройств радиоэлектроники и энергетики, мощных энергетических установок приводит к тому, что возникающее при их работе электромагнитное излучение на частотах высших типов гармоник создает значительные помехи радиоэлектронной аппаратуре, работающей в СВЧ – области, и спутниковой связи. В связи с этим, проблема уменьшения помех и электромагнитной совместимости устройств становится актуальной. В работе предлагается использовать для этих целей новые композиционные магнитодиэлектрики на основе высокоанизотропных ферритов, в которых существует эффективное поле кристаллографической анизотропии. В таких материалах внутреннее поле анизотропии зависит от химического состава и вызывает явление естественного ферромагнитного резонанса (ЕФМР) в области СВЧ. Использование композиционных сред в СВЧ устройствах позволяет управлять электродинамическими параметрами в широком диапазоне частот. Отсутствие внешнего магнитного поля и использование композиционных сред позволяет создавать новые электротехнические материалы, обладающие способностью поглощения электромагнитного излучения и обеспечивающие существенное уменьшение помех паразитных электромагнитных колебаний в устройствах электротехники и электроэнергетике.



В работе исследована возможность управления частотной дисперсией комплексной магнитной проницаемости в полимерных композитах, наполненных полидисперсными магнитными порошками. Установлены закономерности изменения свойств радиопоглощающих композитов (РПК) в магнитных и электрических полях.

Рассмотрена возможность создания гетерогенных диспергированных наполнителей, состоящих из магнитных и электропроводящих компонентов, с целью получения ряда материалов, которые могут эффективно использоваться в частотном диапазоне 2-40 ГГц с поглощением ЭМИ не менее 12 дБ в температурном интервале -600 +1000 С в специальной, бытовой, медицинской технике и устройствах СВЧ- электроэнергетики.

Работа проводилась в соответствии с тематикой, предусмотренной научно-технической программой Минобразования России «Научные исследования высшей школы в области новых материалов», в рамках грантов Минобразования РФ, по государственным контрактам Минобразования РФ № «01.200.95.3121», «01.200.96.2471», «01.201.15.0806», «01.201.15.0812», «01.201.15.8670», «01.201.15.8677»

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка новых радиопоглощающих покрытий (РПП) на основе композиционных магнитных материалов.

В соответствии с этим основными задачами работы являются:

  • исследование влияния дисперсности ферритов на характеристики композиционных материалов на их основе;
  • установление зависимостей магнитных и электрических свойств легированных ферритов от дисперсности ферритового наполнителя;
  • экспериментальное изучение электродинамических и электрофизических характеристик композиционных материалов на основе высокодисперсных ферритов;
  • влияние углеродных нанотрубок на свойства композитов на основе высокодисперсных ферритов с различным размером частиц порошка;
  • исследование свойств композиционных материалов на основе ферритов-шпинелей с целью их дальнейшего использования в РПП;
  • создание технологии синтеза гексагональных ферритов со структурой Y по керамической технологии для их использования в РПП;
  • исследование электродинамических и электрофизических характеристик структуры типа Y;
  • получение РПП на основе магнитодиэлектрических композиционных материалах различной конструкции.
  • исследование влияния магнитного поля на формирование и свойства РПП на основе магнитных эластомеров.

Научная новизна:

  • систематические исследования и анализ композиционных радиопоглощающих материалов (РПМ), наполненных высокодисперсными, высокочастотными гексаферритами дали возможность выявить новые закономерности, получить количественные оценки между различными свойствами композитов для диапазона частот 36-54ГГц;
  • впервые синтезированы РПМ с углеродными нанотрубоками для диапазона частот 36-54ГГц. Установлены отличия влияния углеродных нанотрубок на величину поглощения электромагнитного излучения материала в зависимости от дисперсности наполнителя;
  • изучено влияние углеродных нанотрубок на электродинамические параметры РПМ, содержащих феррошпинели;
  • впервые рассмотрено влияние постоянного магнитного поля на процесс формирования РПП; установлена зависимость величины поглощения электромагнитного излучения сформированного покрытия;
  • получены макеты РПП; изучены их электродинамические и электрофизические характеристики, позволяющие определить применение покрытий для решения конкретных технологических задач.

Практическая ценность полученных результатов:

  1. Получены данные о влиянии размеров частиц наполнителей гексагональных ферритов и ферритов-шпинелей на электродинамические и электрофизические параметры магнитодиэлектриков с целью дальнейшего выбора их практического применения при изготовлении покрытий;
  2. Получена зависимость влияния углеродных нанотрубок на свойства композитов при различных размерах частиц наполнителя феррита;
  3. Получены результаты синтеза гексаферрита структуры типа Y при различных температурах и исследованы электродинамические характеристики композиционного материала на его основе;
  4. Разработаны и изготовлены РПП для применения в диапазоне частот 36-54ГГц в;
  5. Разработана методика формирования РПП игловидной формы под действием постоянного магнитного поля и исследованы его частотные характеристики поглощения.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались наXVII международной конференции «Магнетизм, дальнее и ближнее спин-спиновое взаимодействие». Москва-Фирсановка, ноябрь 2009г.; на XV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, февраль 2009г.; на XIII Международной конференции по «Электромеханике, электротехнологии и электротехническим материалам и компонентам»,ICEEE-2010, Крым, Алушта, сентябрь 2010г.; на XVIII Международной конференции «Электромагнитное поле и материалы». Москва-Фирсановка, 2010г, на Международной конференции «Функциональные материалы»ICFM`2011, октябрь 2011г., Крым, п.г.т. Партенит; на XIX Международной конференции «Электромагнитное поле и материалы». Москва-Фирсановка, ноябрь 2011г;на XIV Международной конференции по «Электромеханике, электротехнологии и электротехническим материалам и компонентам», ICEEE-2012, Крым, Алушта, сентябрь 2012г.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих научно- исследовательских работах:

  1. по государственному контракту №01.200.95.0524 от 01.01.2009 по теме «Создание методов синтеза и исследование высокодобротных и высокоанизотропных сегнетоэлектрических и магнитных материалов для СВЧ-устройств»;
  2. по государственному контракту №01.200.95.0511 от 01.01.2009 по теме «Создание методов синтеза и исследование свойств новых радиопоглощающих электрорадиоматериалов, содержащих микро- и наночастицы»
  3. по государственному контракту №01.200.95.3121 от 01.01.2009 по теме «Разработка и исследование новых композиционных радиопоглощающих материалов, содержащих нано и микрочастицы оксидных соединений».
  4. по государственному контракту №01.200.96.2171 от 30.09.2009 по теме «Синтез и исследование композиционной многофункциональной керамики для высокодобротных СВЧ радиопоглощающих материалов, покрытий и резонаторов» в рамках федеральной целевой научно-технической программы 02.740.11.0404.
  5. по государственному контракту №01.201.15.0806 от 01.01.2011по теме «Исследование композитов на основе микро- и наночастиц легированных гексаферритов для СВЧ-устройств».
  6. по государственному контракту №01.201.15.0812 от 01.01.2011по теме «Создание и исследование многослойных пленочных структур, содержащих ультрадисперсные частицы ферримагнитных сред».
  7. по государственному контракту №01.201.15.8670 от 01.01.2011по теме «Композиционные сверхвысокочастотные материалы на основе микро и наночастиц ферримагнитных и сегнетоэлектрических сред».

Результаты выполненных исследований используются в учебном процессе ФБГОУ ВПО «НИУ «МЭИ» при подготовке бакалавров, специалистов и магистров по направлению 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».

Личный вклад автора. Лично автором разработана методика измерения магнитных и диэлектрических спектров пленочных материалов в диапазоне частот 10МГц – 3ГГц на базе Agilent RF Impedance/Material Analyzer E4991A. Выявлены технологические параметры процессов механосинтеза порошковых высокочастотных гексаферритов, влияющие на параметры наполнителя. Получены частотные зависимости поглощения электромагнитного излучения РПМ. Проведены исследования магнитных и диэлектрических спектров РПМ. Проведен анализ влияния температуры синтеза на фазовый состав и характеристики гексаферрита со структурой типа-Y. Получены макеты РПП на основе высокодисперсных гексаферритов для снижения влияния паразитного электромагнитного излучения; исследованы параметры поглощения и отражения РПП.

На защиту выносятся следующие положения:

  1. результаты исследования влияния дисперсности высокочастотных гексаферритов структуры типа М на ФМР и характер кривых поглощения;
  2. результаты исследования электродинамических характеристик композиционных материалов с наполнителем в виде высокодисперсного порошка феррита-шпинели;
  3. результаты исследования влияния углеродных нанотрубок на на характеристики композитов с различной дисперсностью наполнителя;
  4. результаты по синтезу структуры типа Y;
  5. результаты исследования электрофизических характеристик РПП, представляющих многослойные пленочные структуры;
  6. кривые поглощения электромагнитного излучения для покрытия сформированного при действии постоянного магнитного поля.

Структура и объем работы. Настоящая диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и включает 130 страниц машинописного текста, 110 рисунков, 6 таблиц. Список литературы включает 97 наименований.





КРАТКОЕСОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность задач, решаемых в диссертационной работе, изложены цели и задачи исследований, сформулированы защищаемые положения, показаны научная новизна, практическая ценность работы, дана общая характеристика работы.

В первой главе проведен обзор РПМ и РПП, создаваемых в России и в ведущих иностранных государствах; дается анализ современных материалов, применяемых в радиопоглощающих покрытиях; дано обоснование применения ферримагнитных материалов в РПП; рассмотрены основные свойства ферритов применяемых в магнитодиэлектрических РПП; показана возможность применения ферритов для изготовления РПП в виде высокодисперсных порошков; дан обзор характеристик ферритов полученных методом механического диспергирования.

Анализ современных РПМ показал, что наиболее тонкие и широкополосные РПП создаются на основе магнитодиэлектрических композиционных материалов, в которых микрочастицы магнитного и диэлектрического составляющих распределены в полимерном связующем.

Применение в РПП ферримагнитных материалов позволяет значительно повысить поглощение ЭМИ материала, создать широкополосное РПП при использовании смеси ферритов, уменьшить толщину.

Диспергирование ферритов обусловлено технологическими факторами процесса формирования РПП. Достаточно простыми и экономически целесообразными являются методы механической обработки порошковых ферритов.

Анализ свойств высокодисперсных ферритов показал, что изменяя размеры, форму и строение наночастиц при механическом диспергировании можно в определенных пределах управлять магнитными характеристиками материалов на их основе. Увеличение времени механического диспергирования приводит к уменьшению интенсивности пика ферромагнитного резонанса от исходной высокоанизотропной фазы, что может сопровождаться возникновением и увеличением интенсивности дополнительного резонанса вызванного возникновением при механической обработке шпинельной и аморфной фазы, а так же частиц перешедших в суперпарамагнитное состояние. Наблюдается смещение частоты естественного ферромагнитного резонанса (ЕФМР).

Во второй главе приводится методика эксперимента. В работе исследовались гексагональные ферриты бария М, Y и Z – типа изготовленные по керамической технологии, а также шпинели на основе никель-цинкового феррита.

Исследование микроструктуры ферритового порошка проводилось при помощи растрового электронного микроскопа CarlZeissLeo 1420 (Германия).

Рентгеновские спектры порошков измерялись на CuK излучении установки Rigaku D/max-RC.

Измерения удельной поверхности ферритовых порошков и гранул проводилось методом БЭТ (адсорбции азота) на приборе TriStar 3000V6.03 A.

Полученные ферриты в виде ультрадисперсного порошка использовались как наполнитель для композиционного материала. В качестве модели связующего применялся парафин.

Из полученного композиционного материала формировались образцы для измерений магнитной, диэлектрической проницаемостей и tg() на частотах 0,01-3 ГГц или образцы для измерения поглощения/отражения электромагнитного излучения (ЭМИ) в диапазоне частот 8-18 ГГц.

Измерение магнитных и диэлектрических спектров композиционных материалов на основе ферритов проводились на приборе Agilent E4991 ARF Impedance/Material Analyzer.

Измерение СВЧ параметров композиционных материалов проводилось волноводным методом с согласованной нагрузкой.

Измерение температурной зависимости намагниченности ферритов по методу Фарадея проводилось на сферах, выточенных из плотно спеченных ферритов. Измерения температурной зависимости намагниченности ферритов проводилось в неоднородном магнитном поле с напряженностью 4.104А/м.

В третьей главе приведены результаты исследования электродинамических и электрофизических характеристик РПМ на основе порошков гексаферритов; показано влияние механической обработки ферритов на параметры композитов; рассмотрены свойства РПМ при добавлении углеродных нанотрубок.

Для определения влияния дисперсности на частотные характеристики поглощения исследовались три состава феррита М-типа с различной степенью легирования ионами скандия, охватывающие диапазон частот от 8 до 56 ГГц (рис. 1).

Анализ полученных результатов показал, что уменьшение среднего размера частиц практически не оказывает влияния на частоту естественного ферромагнитного резонанса, что, по-видимому, связано с незначительным вкладом поверхностной анизотропии в эффективное значение поля магнито-кристаллической анизотропии.

Увеличение поверхностного слоя при механомодификации приводит к уменьшению резонирующего объёма частиц и, как следствие, к снижению поглощения ЭМИ.

Для исследования влияния дисперсности частиц феррита менее 0,3мкм на частотные характеристики поглощения произведено измельчение в высокоэнергетической планетарной мельнице со скоростью 850-900 об/мин. В качестве объекта исследования выбран гексаферрит BaSc0.2Fe11.8O19, имеющий частоту ЕФМР в области 41ГГц (рис. 2).

Интенсивное измельчение гексаферрита приводит к изменению структуры поверхности частиц наполнителя и, как следствие, уменьшению объема частицы, что ведет к снижению мощности поглощаемой энергии ЭМИ. Так же наблюдается небольшое понижение частоты ЕФМР.

Повысить эффективность поглощения можно добавлением в состав композита углеродных нанотрубок (рис. 3).

Рисунок 3 – Влияние углеродных нанотрубок на поглощение ЭМИ

Увеличение поглощения электромагнитного излучения связано с повышением диэлектрических потерь. Магнитные потери при введении углеродных нанотрубок практически не изменяется (рис 4.).

Рисунок 4 – Влияние УНТ на диэлектрические потери



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.