Способ изготовления экрана для защиты от электромагнитного излучения

Изобретение относится к средствам защиты биологических объектов от воздействия электромагнитного излучения и может быть применено в технике, медицине и быту в качестве прозрачных экранов, позволяющих наблюдать за процессами, где используется электромагнитное излучение, в виде масок на лицо, пленок на дверцы СВЧ-печек и т. п. Изобретение направлено на создание прозрачных экранов, экранирующие свойства которых не зависят от угла падения электромагнитного излучения, легких и не трудоемких в изготовлении. Технический результат достигается за счет того, что сетку из электропроводящего материала помещают на диэлектрическую прозрачную пленку с нанесенным прозрачным электропроводящим слоем, выполненным или из индия, или из олова, или из сплава индий/олово с толщиной ˜ равной 0,1 от скин-слоя, а саму сетку наносят толщиной не менее скин-слоя с помощью принтера или плоттера электропроводящим составом, состоящим из ультрадисперсного электропроводящего порошка со стабильной электропроводностью и средним размером частиц 10,0-600,0 нм, полимерного связующего, органического растворителя и поверхностно-активного вещества при определенном соотношении компонентов. 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к материалам, которые защищают биологические объекты от воздействия электромагнитного излучения, и может быть применено в технике, медицине и быту в качестве прозрачных экранов, позволяющих наблюдать за процессами, где используется электромагнитное излучение, в виде масок на лицо, пленок на дверцы СВЧ-печек и т.п.

Наиболее распространенным и простым способом защиты является экран, изготовленный из металлического листа (В.П.Благовещенский «Основы радиотехники сверхвысоких частот», ГИЗ Судпром, 1952, стр.38). Недостатком такого экрана является непрозрачность, что не позволяет визуально наблюдать за процессами, большая масса и невозможность придания ему любой заданной формы.

Еще одним способом простой защиты от электромагнитного излучения, взятого в качестве прототипа, является сетка, сплетенная или спаянная из металической проволоки (М.И.Конторович и др. Электродинамика сетчатых структур. М. Радио и связь, 1987, стр.82). Недостатками указанного способа является большая масса, трудоемкость изготовления. Большая масса сетки и трудоемкость изготовления связаны с тем, что для получения сетки с хорошей механической прочностью ее необходимо делать из проволоки достаточно большого диаметра, причем перекрытия должны быть соединены.

Еще одним недостатком таких экранов является зависимость экранирующих свойств сетки от угла падения электромагнитного излучения (М.И.Конторович и др. Электродинамика сетчатых структур. М. Радио и связь, 1987, стр.50, 115). При углах падения, отличных от нормальных, и при плоскостях падения, близких к диагонали ячейки сетки, экранирующие свойства сетки ухудшаются.

Отражательное действие всех видов сеток при прочих равных условиях тем лучше, тем меньше величина χ (М.И.Конторович и др. Электродинамика сетчатых структур. М. Радио и связь, 1987, стр.83).

χ=2*b*λ^-1*ln(b/2*π*r₀),

где b - размер стороны квадратной ячейки;

r₀ - радиус проводника;

λ - длина волны падающего излучения.

В частности, при нормальном падении и коэффициенте отражения R=0,98 см для λ=10,0 см r₀=0,2 мм, b≈0,5 см; для λ=3,2 см r₀=0,16 мм, b≈0,24 см; при R=0,995 см и λ=10 см r₀=0,2 мм, b≈0,33 см; для λ=3,2 см r₀=0,16 мм, b≈0,18 см. То есть чем больше коэффициент отражения R, а следовательно, больше защитные свойства сетки, тем меньше должны быть ее ячейки и тем, следовательно, хуже прозрачность сетки.

Предлагаемое изобретение направлено на получение прозрачного экранирующего материала, экранирующие свойства которого не зависели бы от угла падения электромагнитного излучения, принимающего любую форму, легкого, не трудоемкого в изготовлении.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе защиты от электромагнитного излучения биологических объектов, заключающемся в изготовлении сетки из электропроводящего материала и помещении ее между объектом и источником электромагнитного излучения, сетку помещают на диэлектрическую прозрачную пленку с нанесенным прозрачным электропроводящим слоем сплава индий-олово с соотношением индий-олово (0-100):(100-0) толщиной, ˜ равной 0,1 от скин-слоя, а саму сетку наносят толщиной не менее скин-слоя с помощью принтера или плоттера электропроводящим составом, состоящим из ультрадисперсного электропроводящего порошка со стабильной электропроводностью и средним размером частиц 10,0-600,0 нм, полимерного связующего, органического растворителя и поверхностно-активного вещества при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:.

Ультрадисперсный электропроводящий порошок	60-90
Полимерное связующее	39-7
Поверхностно-активное вещество	1-3
Органический растворитель	100-400

Применение сплава индий-олово позволяет получить прозрачное электропроводящее покрытие, которое тем больше задерживает электромагнитное излучение, чем больше угол (от нормали к поверхности), при котором падает электромагнитное излучение. Это связано с тем, что при отклонении угла падения электромагнитного излучения от нормали эффективная толщина δ_эф увеличивается и становится равной

δ_эф=δ₀/cosϕ,

где δ₀ - толщина слоя индий-олово;

ϕ - угол отклонения от нормали падающего электромагнитного излучения.

Увеличение эффективной толщины приводит к увеличению отражения электромагнитного излучения. При этом прозрачность слоя по сравнению с чистой пленкой ухудшается всего на 10-15%. В то же время отражение электромагнитного излучения всего материала (сетка + слой индий-олово) не зависит от угла падения электромагнитного излучения и составляет ˜ 100%, т.е. излучение к биологическому объекту не проходит.

Применение ультрадисперсного порошка позволяет получить состав, который хорошо проходит через отверстие принтерной или плоттерной головки, а поверхностно-активное вещество снижает вероятность слипания частиц и их оседания в процессе нанесения рисунка, что в противном случае приводит к забиванию отверстия головки. Полимерное связующее необходимо для закрепления состава на пленке, а органический растворитель необходим, чтобы снизить вязкость состава и дать ему возможность свободно истекать через отверстие головки принтера или плоттера.

Применение принтера или плоттера позволяет снизить трудоемкость процесса, исключив ручной труд, получать чрезвычайно легкий материал (толщина пленки может быть ˜ 10 мкм) в необходимых количествах (даже в рулонах). При этом толщина наносимой сетки не превышает 5 мкм. Полученную по такой технологии пленку можно наклеивать на любые прозрачные экраны, отделяющие биологический объект от электромагнитного излучения, либо натягивать на рамку или запаковывать объект любой формы в эту пленку.

Пример конкретного выполнения указанного способа. Лавсановую пленку толщиной ˜ 20 мкм помещают в вакуумную камеру с магнетронной системой напыления и наносят сплав индий-олово в соотношении индий:олово ˜ 50:50 толщиной 80,0 нм, что соответствует толщине ˜ 0,1 скин-слоя для λ≅10 см. Электропроводящий состав с применением ультрадисперсного проводящего порошка готовят следующим образом. Ультрадисперсный порошок серебра в количестве 60 г со средним размером частиц 100 нм помещают в бисерную мельницу и заливают 300 г спирта с введенной заранее стеариновой кислотой в количестве 1 г. Состав диспергируют в мельнице 20-30 часов, дают раствору отстоятся и сливают верхний слой. Затем добавляют еще 300 г спирта, вновь дают раствору отстоятся и вновь сливают верхний слой. После этого вливают 200 г спирта и 10 г поливинилбутираля в стакан бисерной мельницы и диспергируют 5-6 часов. Затем состав сливают из бисерной мельницы и применяют в дальнейшей работе. Полученный состав заливают в пишущую головку принтера или в рапидограф плоттера, по программе набирают нужный рисунок сетки на компьютере, заправляют полимерную пленку с напыленным ранее слоем сплава индий-олово и наносят рисунок сетки.

Данные по изменению отражения экрана по предлагаемому способу при различной толщине напыленного слоя, а также в соответствие с прототипом представлены в таблице №1. Из таблицы следует, что применение предлагаемого способа позволяет увеличить отражение электромагнитного излучения при нормальном падении излучения на 10-15% и более чем в 4 раза при угле падения, отличном от нормального. Это позволяет снизить влияние электромагнитного излучения на биологические объекты и, кроме того, увеличить размер ячейки для лучшего визуального наблюдения процесса, не снижая отражательного качества материала.

Если слой индий-олово менее заявленного, то коэффициент отражения практически такой же, как без слоя индий-олово, если толщина больше заявленного, то коэффициент пропускания (а следовательно, и прозрачность) слоя низки.

Данные измерений свойств различных рецептур электропроводящего состава приведены в таблице №2. Из таблицы следует, что применение составов, соотношения в которых выходят за пределы заявленного, приводит либо к ухудшению электропроводности (составы 1, 5), либо к тому, что состав забивает сопло рапидографа, а сама линия осыпается с подложки (составы 4, 6). Составы 2 и 3, в которых соотношения компонентов соответствуют заявленному, удовлетворяют по электросопротивлению и технологическим свойствам.

Таблица №1 Способ приготовления экрана для защиты от электромагнитного излучения.
№образца	Описание образца	Коэффициент отражения при длине волны падающего излучения λ=10см	Оптическая прозрачность, %
Нормальном падении на экран	Под углом 30° к экрану
1	Сетчатый экран, изготовленный в соответствии с прототипом со стороной квадрата b=5 мм и радиусом провода r0=0,2мм	0,97	0,2	92,0
2	Сетчатый экран, изготовленный в соответствии с прототипом со стороной квадрата b=3,3мм и радиусом провода r0=0,2мм	0,985	0,2	89,0
3	Экран, изготовленный по предлагаемому способу со стороной квадрата b=5 мм и шириной линии 0,2мм и напыленным слоем In-Sn толщиной ˜ 40,0нм, примечание: толщина менее 0,1 скин-слоя	0,985.	0,2	91,0
4	Экран, изготовленный по предлагаемому способу со стороной квадрата b=5 мм и шириной линии 0,4мм и напыленным слоем In-Sn толщиной ˜ 100нм, примечание: толщина больше 0,1 скин-слоя	0,995	0,98	50,0
5	Экран, изготовленный по предлагаемому способу со стороной квадрата b=5 мм и шириной линии 0,4мм и напыленным слоем In-Sn толщиной ˜ 80нм, примечание: толщина в пределах скин-слоя	0,99	0,956	88

Таблица 2 Способ изготовления экрана для защиты от электромагнитного излучения.
№п/п	Кол-во ПАВ, масс.ч.	Кол-во связующего, масс. ч.	Кол-во УДП серебра, масс.ч. средний размер частиц, нм	Кол-во раствори теля, масс.ч.	Электросопро-тивление, Ом·см	Длина непрерывной линии, см	Примечание
1	3	47		100	5·10-2	Линия непрерывна до полной выработки емкости рапидографа	Связующего больше заявленного, размер частиц в пределах заявленного
2	1	39		100	7·10-4	Линия непрерывна до полной выработки емкости рапидографа	Состав соответствует заявленному, размер частиц в пределах заявленного
3	3	7		200	4·10-4	Линия непрерывна до полной выработки емкости рапидографа	Состав соответствует заявленному, размер частиц в пределах заявленного
4	3	3		200	2·10-4	Не более 5 см, после чего отверстие рапидографа забивается, линии осыпаются с подложки	Связующего меньше заявленного, размер частиц в пределах заявленного
5	1	39		200	5·10-2	Линия непрерывна до полной выработки емкости рапидографа	Состав соответствует заявленному, размер частиц меньше заявленного
6	1	39		200	7·10-4	Не более 5 см, после чего отверстие рапидографа забивается, линии осыпаются с подложки	Состав соответствует заявленному, размер частиц больше заявленного

Способ изготовления экрана для защиты от электромагнитного излучения, заключающийся в изготовлении сетки из электропроводящего материала и помещении ее между объектом и источником электромагнитного излучения, отличающийся тем, что сетку помещают на диэлектрическую прозрачную пленку с нанесенным прозрачным электропроводящим слоем, или из индия, или из олова, или из сплава индий/олово с толщиной, равной 0,1 от скин-слоя, а саму сетку наносят толщиной не менее скин-слоя с помощью принтера или плоттера электропроводящим составом, состоящим из ультрадисперсного электропроводящего порошка со стабильной электропроводностью и средним размером частиц 10,0-600,0 нм, полимерного связующего, органического растворителя и поверхностно-активного вещества при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Ультрадисперсный электропроводящий порошок	60-90
Полимерное связующее	39-7
Поверхностно-активные вещества	1-3
Органический растворитель	100-400.