Радиопоглощающий материал
Владельцы патента RU 2355081:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт автоматической аппаратуры им. академика В.С. Семенихина" (RU)
Изобретение относится к области электрорадиотехники, в частности к материалу для экранирования электромагнитного излучения при создании технических средств радиоэлектронной аппаратуры. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение радиопоглощающих свойств материала как по электрической, так и по магнитной составляющей электромагнитного излучения радиоволнового диапазона. Повышение радиопоглощающих свойств материала достигается за счет ввода в полимерный диэлектрический материал, содержащий микрогранулы, матрицы которых являются прозрачными для излучения радиоволнового диапазона, веществ, поглощающих электрическую и магнитную составляющие радиоволнового излучения, в составе микрогранул, при этом каждый вид микрогранул содержит только одно радиопоглощающее вещество, выбранное из группы, содержащей феррит, медь, фуллерен С70, равномерно распределенное во всем объеме материала матрицы в форме нанокластеров. 1 ил., 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области техники экранирования электромагнитного излучения, в частности к радиопоглощающим материалам, применяемым при создании технических средств автоматической аппаратуры.
Известно радиопоглощающее покрытие, материал которого получают путем совмещения полимерного связующего и ультрадисперсного поглощающего наполнителя, в качестве которого используются спеченные частицы феррита, осажденного из водного раствора, и частицы феррита, полученные наномолекулярным наслаиванием из газовой среды [1].
Известна композиция, в которой порошковый материал для поглощения электромагнитного поля представляет собой феррит с размером частиц около 8,0 мкм. Состав феррита, мол.%: 65-85 Fe2О3; 2-20 MnO; 10-20 ZnO [2].
Известна композиция, в которой поглощающий материал в качестве магнитной фазы содержит порошок феррита в виде никель-цинковой феррошпинели состава, мол.%: 49-50 Fe2О3; 32-35 ZnO; 9-14 NiO, а в качестве диэлектрической фазы он дополнительно содержит до 10 вес.% МоО3 [3].
Известно радиопоглощающее покрытие, где в качестве диэлектрического связующего используют олигофенилсилсеквиоксандиметилсилоксановый блок-сополимер, а в качестве поглощающего наполнителя используются углеродное волокно или магнитный наполнитель, материал покрытия может содержать стеклянные сферы [4].
Известен радиопоглощающий материал, содержащий полимерное связующее и порошковый наполнитель, состоящий из смеси карбонильного железа, феррита и фуллерена в определенных соотношениях [5].
Известно радиопоглощающее покрытие, содержащее полимерное связующее, выбранное из ряда полиолефинов, и электропроводящий порошковый наполнитель, представляющий собой продукт модификации графита концентрированными серной и азотной кислотами [6].
Известен радиопоглощающий материал, в котором в качестве связующего используется пенополиуретан, а в качестве поглощающего наполнителя технический углерод [7].
Известно радиопоглощающие покрытие, материалом которого является синтетический клей "Элатон" на основе латекса, содержащий в качестве магнитного наполнителя порошкообразный феррит или карбонильное железо при соотношении компонентов, мас.%: синтетический клей "Элатон" на основе латекса 80-20, порошкообразный феррит или карбонильное железо 20-80 [8].
Известна композиция, состоящая из полимерного связующего и радиопоглощающего наполнителя. В качестве радиопоглощающего наполнителя применяются миниатюрные стеклянные пластинки, на поверхность которых осаждены кристаллы бариевого феррита [9].
Однако недостатком вышеуказанных материалов является то, что входящие в их состав радиопоглощающие компоненты (или часть компонентов) распределены в матрице диэлектрического связующего в такой форме, которая препятствует максимальному проявлению квантовых эффектов, в том числе эффекту флуктуации электронных плотностей. Отсутствие таких эффектов снижает поглощающие свойства материала.
Наиболее близким аналогом заявляемого материала является материал, содержащий диэлектрическое связующее, стеклянные микросферы, электропроводящие волокна и дополнительно содержащий стеклянные металлизированные микросферы (микрогранулы) с полимерным покрытием [10].
Недостаток этого материала заключается в том, что он содержит наполнители, способные поглощать только электрическую составляющую электромагнитного излучения радиоволнового диапазона. Кроме того, структура наполнителя также не предполагает проявления квантовых эффектов. Вышесказанное приводит к снижению поглощающих свойств материала.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение радиопоглощающих свойств материала как по электрической, так и по магнитной составляющей электромагнитного излучения радиоволнового диапазона.
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый радиопоглощающий материал на основе полимерного диэлектрического связующего содержит введенные в него вещества, поглощающие электрическую и магнитную составляющие радиоволнового излучения, в составе микрогранул, матрицы которых являются прозрачными для излучения радиоволнового диапазона, причем каждый вид микрогранул содержит только одно радиопоглощающее вещество, равномерно распределенное во всем их объеме в форме нанокластеров.
На чертеже показана структура радиопоглощающего материала. Радиопоглощающий материал состоит из полимерного диэлектрического связующего 1, содержащего в качестве порошкового наполнителя микрогранулы различных типов. Матрицей микрогранул может быть любое твердое вещество, прозрачное для электромагнитного излучения радиоволнового диапазона. Микрогранулы 2 содержат вещество, способное поглощать электрическую составляющую радиоволнового излучения, причем это вещество равномерно распределено в объеме микрогранулы в форме нанокластеров. Микрогранулы 3 содержат вещество, способное поглощать магнитную составляющую радиоволнового излучения, причем это вещество равномерно распределено в объеме микрогранулы в форме нанокластеров. Микрогранулы 4 состоят целиком из вещества, прозрачного для излучения радиоволнового диапазона, и не содержат каких-либо радиопоглощающих компонентов.
Распределение поглощающего вещества в объеме микрогранулы в форме нанокластеров приводит к возникновению в материале специфических атомно-молекулярных структур, в которых под воздействием электромагнитной волны 5 возникают флуктуации электронной плотности, что значительно повышает уровень поглощения электромагнитной волны.
Наличие случайно ориентированных и равномерно расположенных в объеме диэлектрического полимерного связующего микрогранул различных типов, в том числе микрогранул, не содержащих поглощающего вещества, приводит к образованию различных размеров релейных рассеивающих структур и зон 6, где происходит сложение волн в противофазе, что приводит к расширению рабочего частотного диапазона предлагаемого материала и повышает уровень поглощения электромагнитной волны.
В настоящее время на предприятии изготовлен опытный образец материала указанной структуры.
Состав радиопоглощающего материала.
| Материал диэлектрического связующего | - эпоксидная смола |
| Материал матрицы (основы) микрогранул | - поликремневая кислота |
| Вещество поглотитель магнитной | -феррит |
| составляющей |
Вещества поглотители электрической - нанопорошок меди и фуллерен С70 составляющей
| Массовая доля диэлектрического связующего | - 0.63 |
| Массовая доля микрогранул всех типов | - 0.37 |
в т.ч.:
| Микрогранулы, содержащие феррит | - 0.11 |
| Микрогранулы, содержащие нанопорошок меди | - 0.07 |
| Микрогранулы, содержащие фуллерен С70 | - 0.09 |
| Микрогранулы, не содержащие радиопоглощающих добавок | - 0.10 |
Средний размер микрогранул - 26 мкм.
Содержание радиопоглощающих добавок в пересчете на чистое вещество (массовые доли)
| Феррит | - 0.07 |
| Нанопорошок меди | - 0.03 |
| Фуллерен С70 | - 0.05 |
Кроме того, изготовлен контрольный образец материала на основе диэлектрического эпоксидного связующего, содержащего феррит (0.07), нанопорошок меди (0.03) и фуллерен С70 (0.05), при этом указанные вещества были введены в состав материала в виде порошка.
Опытный и контрольный образцы были подвергнуты сравнительным испытаниям, результаты которых оформлены в виде таблицы.
| Результаты сравнительных испытаний | ||||
| Образец | Коэффициент поглощения плоской электромагнитной волны, дБ | |||
| 0.5ГГц | 5ГГц | 30ГГц | 70ГГц | |
| Контрольный образец | 17 | 19 | 22 | 23 |
| Опытный образец (с микрогранулами) | 26 | 28 | 37 | 36 |
| Образец | Коэффициент экранирования в ближней зоне, дБ | |||
| 0.5ГГц | 5ГГц | 30ГГц | 70ГГц | |
| Контрольный образец | 2 | 5 | 4 | 7 |
| Опытный образец (с микрогранулами) | 12 | 11 | 14 | 12 |
Результаты испытаний подтверждают достижение заявленного технического результата. Образец с микрогранулами более эффективно поглощает радиоволны как по электрической, так и по магнитной составляющей по сравнению с образцом, в котором поглощающие вещества находятся в форме порошка.
Источники информации
1. Патент №2247759, Россия, МПК7 C09D 5/32, H01Q1 7/00, опубликован 2005.03.10.
2. Патент №3-14483, Япония, МПК4 H01F 1/00, опубликован 1992.03. 13.
3. Патент №5965056, США, МПК5 H01Q 17/00, опубликован 1999.10.12.
4. Патент №2273925, Россия, МПК7 H01Q 17/00, опубликован 2006.04.10.
5. Патент №2300832, Россия, МПК7 H01Q 17/00, опубликован 2007.06.10.
6. Патент №2003118967, Россия, МПК7 C08L 23/00, C08L 25/06, C08L 19/00, C08L 27/06, C08L 27/12, С08К 3/04, C08J 9/24, G12B 17/02, H01Q 17/00 опубликован 2005.02.10.
7. Патент №2004126880, Россия, МПК7 H01Q 17/00, опубликован 2006.02.20.
8. Патент №2155420, Россия, МПК7, H01Q 17/00, C09D 5/32, G01S 13/00 опубликован 2000.08.27.
9. Патент №6028204, Япония, МПК4 H01F 1/00; опубликован 1994.04. 13.
10. Патент №2003100064, Россия, МПК7 H01Q 17/00, опубликован 2004.07.10 (прототип).
Радиопоглощающий материал на основе полимерного диэлектрического связующего, содержащий в своем составе микрогранулы, материал матрицы которых является прозрачным для излучения радиоволнового диапазона, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вещества, поглощающие электрическую и магнитную составляющие радиоволнового излучения в составе микрогранул, при этом каждый вид микрогранул содержит только одно вещество, выбранное из группы, содержащей феррит, медь, фуллерен С70, равномерно распределенное во всем объеме материала матрицы в форме нанокластеров.
