Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка многофункциональных радиоматериалов для электронной аппаратуры

Сведения об участнике
ФИО
Фролов Кирилл Олегович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Материалы для электроники
Тема
Разработка многофункциональных радиоматериалов для электронной аппаратуры
Резюме
Разработка новых радиоматериалов проводится с целью существенного повышения качества радиоэлектронной продукции, повышения потребительской привлекательности и расширения функциональных возможностей радиоаппаратуры. Для этого разработана установка для получения текстурованных композиционных материалов на основе магнитных наполнителей. Для улучшения поглощающих свойств в композит добавлялись углеродные нанотрубки. Решение задач электромагнитной совместимости предлагаемым способом позволяет существенно сократить временные затраты на конструирование и настройку радиоаппаратуры СВЧ и КВЧ диапазонов.
Ключевые слова
радиопоглощающие материалы, радиопоглощающие покрытия, электромагнитное поглощение, электромагнитная совместимость, функциональные материалы, конструкционные материалы, наноматериалы
Цели и задачи
Цель работы - создание новых многофункциональных композиционных материалов в виде порошка, краски, вкладыша, жесткого или гибкого экрана, предназначенных для обеспечения электромагнитной совместимости современных СВЧ и КВЧ приборов, для изготовления деталей электронной аппаратуры, а также для предотвращения утечки информации, повышения качества связи.
Задачи для решения:
- Провести литературный обзор
- Выбрать материалы для создания экспериментальных образцов
- Выбрать методы исследования электромагнитных характеристик
- Провести исследования электромагнитных характеристик материалов в большом диапазоне частот.
- Сделать предварительные выводы о возможностях дальнейшего применения полученных экспериментальных данных и полученного материала.
Введение

Проблема разработки новых многофункциональных материалов для решения задач электромагнитной совместимости и конструирования современной аппаратуры охватывает все большие области науки и техники. Это объясняется широким проникновением СВЧ систем в различные сферы деятельности человека, расширением частотного диапазона за счет появления новых систем связи, повышением их быстродействия, ужесточением требований стойкости к электромагнитному воздействию, в том числе нетрадиционных сверхкоротких  мощных ЭМИ, на приборы КВ и УКВ диапазона. В качестве наполнителей композитов используют ферримагнитные и углеродсодержащие порошки, электромагнитные и механические свойства которых улучшают характеристики готовых изделий.

 

Методы и материалы

Для создания композиционных материалов были выбраны следующие материалы: 

В качестве магнитной фазы для изготовления экспериментальных образцов был выбран порошок гексагонального феррита Ba3Co2,4Ti0,4Fe23,2O41 с плоскостью легкого намагничивания, приготовленный по стандартной керамической технологии.

В качестве активной диэлектрической фазы композиционного материалы были взяты многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) изготовленные в Институте катализа СО РАН. В качестве способа синтеза МУНТ был выбран метод каталитического газофазного осаждения этилена в присутствии FeCo катализатора. Морфология и микроструктура УНС была следующей: легкий порошок; цвет черный; содержит отдельные нанотрубки; агрегаты нанотрубок; примесные частицы металла; инкапсулированные во внутренних каналах нанотрубок. Средний диаметр порошков УНС составлял 9,4 нм и 18,6 нм. Содержания МУНТ более 97,5 масс. % и 90 масс. % соответственно. Внешняя удельная поверхность 320 м2/г и 115 ± 10 м2/г соответственно. Плотность материала составляет 2,052 г/см2 и 2,099 г/см2 соответственно.

Методы исследования:

- Индуктивный метод исследования на частотах от 100 Гц до 2 МГц (LCR Agilent E4980A)

- Коаксиальный метод исследования на частотах от 10 МГц до 18 ГГц (Векторый анализитор цепей Р4М-18 "Микран") 

-  измерении комплексного коэффициента прохождения с использованием интерферометрической схемы Маха-Цандера на частотах от 120 ГГц до 260 ГГц (субмиллиметрового квазиоптического спектрометра СТД  – 21) 

 

Описание и обсуждение результатов

Разработана установка для текстурования композиционных материалов на основе ферритового порошка.

Величины диэлектрической и магнитной проницаемостей полученных образцов композиционных материалов различны в зависимости от направления измерения электромагнитных характеристик полученных образцов, что указывает на пространственную анизотропию их свойств.

В ходе исследований было выявлено, что наибольшей эффективностью обладают материалы с активной фазой из углеродных наноструктур и ферримагнитных материалов. Помимо придания материалу уникальных поглощающих свойств, углеродные наноструктуры придают материалу высокие механические характеристики и малый вес получаемых структур. Ферримагнитные материалы позволяют создавать искусственные анизотропные структуры в композиционных материалах, что позволяет управлять электромагнитными характеристиками будущего материала ещё на этапе его создания. Таким образом, в работе проведена попытка создания материалов с управляемыми характеристиками. 

Полученные радиоматериалы предназначены для применения в радиоэлектронной аппаратуре, эксплуатирующейся при различных температурных режимах работы, влажности, воздействии радиации. Могут располагаться как внутри, так и снаружи корпуса. Размеры покрытия, при изготовлении которого используется радиоматериал, зависят от габаритов аппаратуры и уровня необходимого поглощения ЭМИ. В случае использования в качестве связующих веществ лакокрасочных материалов и кампаундов полученные радиоматериалы можно применять как герметизирующее покрытие корпусов радиокомпонентов. Рабочий диапазон температур от -40 до +30 ºС влажность не более 90%, недопустимы механические или другие типы воздействия, нарушающие целостность или приводящие к повреждению радиоматериала. Поврежденный материал восстановлению не подлежит.

Используемые источники
1 Gareeva Z.V., [etc.] // JMMM. 2015. V. 385. P. 60–64
2 Журавлёва Е.В. // Сб. докл. 25-ой Междунар. конф. "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии " (КрыМиКо), 6-12 сент. 2015 г., Севастополь, Крым, 2015. С. 633 – 634.
3 J. Jaison, [etc.] // JMMM. 2015. V. 61. P. 475–480.
4 Zhijuan Su., [etc.] // Journal of Applied Physics. 2014. V. 115. P. 17A504–1–4.
5 Hemeda O.M. , [etc.] // JMMM. 2012. V. 324. P. 3229–3237
6 Dotsenko O. A [etc.] // Key Engineering MaterialsISSN: 1662-9795, Vol. 685, pp 553-557
7 Dotsenko O. A [etc.] // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 116 (2016) 012038
8 Доценко О. А // Издательство высших учебных за-ведений Физика по ред. В.П. Яку-бова и С.Э. Шипилова – Том 58, № 8/3 – С. 104- 107
Information about the project
Surname Name
Frolov Kirill
Project title
Design of multi-functional radiomaterials for electronics
Summary of the project
As a result, new components for radio equipment will be developed. They can improve the quality of the electronic equipment, enhance the appeal for buyers, extend the functionality of the radio equipment. The developed method will reduce the design and development of SHF and EHF equipment.
Keywords
absorbing materials, radio-absorbing coatings, electromagnetic absorption, electromagnetic compatibility, functional materials, construction materials, nanomaterials