Моделирование радиопоглощающих сред на основе композиционных материалов из поливинилхлоридных пластизолей

Колесов Владимир Владимирович; Фионов Александр Сергеевич; Горшенев Владимир Николаевич

КОЛЕСОВ в.в., фионов А.с., ГОРШЕНЕВ В.Н.

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫХ ПЛАСТИЗОЛЕЙ

Колесов В. В., Фионов А. С., Горшенев* В. Н.

Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, 125009 Москва, Россия. ^Институт биохимической физики им. н.М.Эмануэля ран, 119334 Москва, россия

Поступила в редакцию 06.10.2010

В работе на основе ПВХ-пластизольной технологии изготовлены и исследованы образцы композиционных материалов с магнитными, диэлектрическими и углеродными наполнителями. Показано, что зависимость коэффициента отражения по мощности от массовой доли наполнителя немонотонна. Это позволяет варьировать характеристики поглотителей и подбирать их применительно к конкретным условиям. Показано, что применение в качестве наполнителя полимерной ПВХ матрицы терморасширенного графита с хорошо развитой поверхностью отдельных частиц, позволяет получить достаточно высокие коэффициенты поглощения в широкой полосе частот.

Ключевые слова.: композиционные материалы, пла-стизоли, магнитные наполнители, графит, фрактальный анализ структур, экранирование СВЧ

УДК 546.73:546.733.732__________________

СОДЕРЖАНИЕ

Введение (138).

1. Пластизольные композиты (140).

2. Пластизоли на основе поливинилхлорида

(140).

3. Порошкообразные ферромагнитные наполнители (142).

4. Аморфные металлы (142).

5. Метод вакуумного напыления (142).

6. Метод распыления (143).

7. Методы металлизации (144).

8. Магнитные свойства аморфных металлов

(144).

9. Применение аморфных металлов (147).

10. Приготовление образцов наполненного пвх -пластизоля (148).

11. Измерения свойств образцов материалов в свч -диапазоне (149).

12. Исследования образцов методом ЭПР (152).

13. Эффекты скейлинга и дробной размерности в полимерных композитах (155).

14. Эффективные поглотители ЭМВ на основе соединений интеркалированного графита (158).

Заключение (159).

Литература (159).

ВВЕДЕНИЕ

Поглотители электромагнитных волн находят широкое применение в антенной технике, радиолокации, военной технике, в технике связи, в измерительной и контрольной технике, медицине и других областях науки и техники [1, 2]. Разработка радиопоглощающих материалов является важным элементом стелс-технологии. Стелс-технология включает в себя следующие основные направления: теорию дифракции на сложных телах, разработку и исследование радиопоглощающих материалов, технологию нанесения покрытий и, наконец, радиофизический эксперимент, используемый для контроля в каждом из перечисленных направлений [3].

Для расширения рабочего диапазона поглотителей электромагнитных волн используется ряд конструкторских решений, например, многослойные структуры, структуры сложной формы, конструкции, включающие в свой состав частотноизбирательные элементы и дифракционные решетки, частотно-селективные поверхности, дипольные элементы с активной нагрузкой, сотовые, ячеистые и волокнистые структуры.

В последнее время появились принципиально новые классы материалов, такие как проводящие полимеры, наноструктурированные полимерные композиты, магнитные композиты, изделия, наполненные углеродсодержащими материалами (фуллерены, углеродные нанотрубки, графен, терморасширенный графит). Разработка

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

из поливинилхлоридных пластизолей

полимерных материалов со специфическими свойствами, в частности с особыми электрическими характеристиками: антистатическими, электропроводящими, радиопоглощающими, электрет-ными, пьезо- и пироэлектрическими, в настоящее время является одним из важнейших направлений в материаловедении.

Одной из актуальных задач современного материаловедения является создание электропроводящих композиционных полимерных материалов, которые необходимы при решении ряда технических проблем. В частности, композиционные материалы с высокой проводимостью нужны для обеспечения надежной работы приборов, радиоаппаратуры, например, в виде материалов для экранирования радиоэлектронных устройств от воздействий электромагнитных излучений. Интенсивное развитие приборостроения, высокочастотной радиоэлектроники, а также необходимость создания средств защиты информации, электромагнитной безопасности человека требуют научных исследований возможности получения материалов нового поколения, обладающих широкими функциональными радиофизическими и эксплуатационными свойствами [4, 5].

Для создания высокопроводящих экранирующих композиционных материалов требуются высокие степени наполнения связующего компонента электропроводящими наполнителями. А для создания радиопоглощающих материалов (РПМ) необходимо введение в композицию оптимальных количеств электропроводящих наполнителей и, как установлено, низкие значения коэффициентов отражения достигаются за счет градиентного распределения наполнения (с увеличением концентрации наполнителя в направлении распространения электромагнитной волны).

В ряде случаев улучшить характеристики радиопоглощающих покрытий можно, используя частицы различной природы (ферромагнитные, проводящие, диэлектрические и др.) очень малого размера. Однако на этом пути возникают две принципиальные преграды: во-первых, эти частицы становятся пирофорными, а во-вторых, их невозможно ввести с достаточно высокой плотностью в жидкую полимерную матрицу из-за роста адсорбционной способности с уменьшением размера частиц.

композиционные материалы (ХМ) представляют собой гетерофазные системы, полученные из двух или более компонентов с сохранением индивидуальности каждого отдельного компонента. Материал следует отнести к композиционному, если предельное значение размеров частиц дисперсной фазы выше 10-6 м, если ниже — к гомогенному. Это значение позволяет достаточно хорошо разделять полимерные материалы на композиционные (сложные) и простые или гомогенные [6].

В большинстве случаев компоненты композиции различны по геометрическому признаку. Компонент, обладающий непрерывностью по всему объему, является матрицей, компонент прерывный, разделённый в объеме композиции, считается усиливающим или армирующим. Матричными материалами могут быть металлы и их сплавы, органические и неорганические полимеры и другие вещества. Усиливающими или армирующими компонентами чаще всего является тонкодисперсные порошкообразные частицы или волокнистые материалы различной природы.

В зависимости от вида армирующего компонента композиты могут быть разделены на две основные группы: дисперсноупрочненные и волокнистые, которые отличаются структурой, механизмами образования высокой прочности.

Дисперсно-упрочненные композиты представляют собой материал, в матрице которого равномерно распределены мелкодисперсные частицы второго вещества. В таких материалах при нагружении всю нагрузку воспринимает матрица, в которой с помощью множества практически не растворяющихся в ней частиц второй фазы создается структура, эффективно сопротивляющаяся пластической деформации.

к этим материалам относится фенолформальдегидные, эпоксидные смолы и т.д. В термопластичных полимерах, напротив внутреннее напряжение не возникает. Однако введение наполнителя в больших количествах затруднено из-за высокой вязкости расплавов этих полимеров. В этом отношении интересна пластизольная технология переработки полимеров, которая позволяет моделировать и исследовать широкий спектр композитных материалов с наполнителями различного состава.

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

1. ПЛАСТИЗОЛЬНЫЕ КОМПОЗИТЫ

Пластизолями называются индивидуальные полимерные композиции или смеси на их основе, обладающие свойствами пластично-вязкой среды [8]. Многие полимерные формовочные композиции представляют собой пасты, в которых связующее образует дисперсионную среду, а наполнитель — дисперсную фазу. Создание пластизолей обусловлено необходимостью переработки в изделия плохо растворимых и нестойких при нагревании полимеров. Пластизоли обладают относительно высокой текучестью при больших напряжениях сдвига и невысоких температурах, что позволяет изготавливать из них изделия относительно сложной формы. При этом для них характерна очень высокая вязкость или даже полная нетекучесть при низких напряжениях сдвига, благодаря чему изготовленные изделия не теряют формы до затвердевания пластизоля. Отформованные изделия из пластизолей подвергают желатинизации (гелеобразованию) при нагревании, в результате чего пластизоль затвердевает во всем объеме без нарушения однородности системы. Некоторые пластизоли затвердевают в результате испарения дисперсионной среды.

Для приготовления пластизолей используют специальные марки полимеров и органические жидкости, в которых эти полимеры не набухают при комнатной температуре, но набухают при нагревании. Наиболее часто используют промышленные пластификаторы. Поскольку практически не существует таких пластификаторов, в которых полимеры совершенно не набухали бы при комнатных температурах, при хранении пластизолей происходит частичная желатинизация, что приводит к росту вязкости и частичной потере текучести пластизолей. В результате, по истечении некоторого времени, называемого жизнеспособностью пластизоля, материал уже нельзя переработать по стандартной (пластизольной) технологии. Известно значительное количество различных пластизолей, однако широкое промышленное применение нашли только пластизоли на основе поливинилхлорида.

2. ПЛАСТИЗОЛИ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА

Для производства поливинилхлоридных пла-стизолей применяют гомо- и сополимеры винилхлорида с молекулярной массой 150000-180000.

В производстве особо прочных изделий используют пластизоли на основе более высокомолекулярных полимеров. Пастообразующий поливинилхлорид получают суспензионной или эмульсионной полимеризацией винилхлорида.

При суспензионной полимеризации может образоваться полимер с частицами двух различных морфологических типов: 1) индивидуальные глобулярные частицы со средним диаметром 1-3 мкм; распределение частиц по размеру может быть мономодальным (диаметр около 1 мкм) или полимодальным; 2) неоднородные пористые комки неправильной формы. Пластизоли на основе суспензионного полимера первого типа обладают малой вязкостью и жизнеспособностью до 6 мес.

Латекс, образующийся при эмульсионной полимеризации винилхлорида, сушат распылением. При этом частицы полимера спекаются в агломераты диаметром 5-70 мкм, представляющие собой полые сферы (ценосферы) и их осколки или компактные сферические комки (пленосферы). В ценосферах частицы сплавлены прочно, а в пленосферах они распадаются при нагревании, что облегчает желатинизацию пластизоля.

Эмульсионный поливинилхлорид, высушенный при высокой температуре, меньше набухает в пластификаторах при хранении пластизоля, однако значительные размеры частиц, образующихся при этом, приводят к их быстрой седиментации. Поэтому пластизоли на основе эмульсионного полимера обладают жизнеспособностью не более 6-8 недель.

На поверхности высушенных распылением частиц полимера остаются эмульгаторы и электролиты, вводимые в полимеризационную среду для придания ей буферных свойств, а также сода, которая добавляется перед сушкой в латекс для термостабилизации. Природа и количество этих веществ влияют на свойства пластизолей. Часто в латекс перед сушкой добавляют вещества, предотвращающие термодеструкцию пластизоля и замедляющие набухание полимера. Влажность полимера не должна превышать 0.3%, т.к. вода снижает жизнеспособность пластизоля и качество изделий.

В состав пластизолей обычно входит 40150% пластификатора (от массы полимера). Для приготовления пластизолей пригодны обычные первичные и вторичные пластификаторы, применяемые в композициях на основе

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

из поливинилхлоридных пластизолей

поливинилхлорида. Растворяющая способность вторичных пластификаторов (по отношению к поливинилхлориду) при комнатной температуре меньше, чем первичных. Поэтому приготовленные на них пластизоли имели бы большую жизнеспособность. Однако вторичные пластификаторы плохо совмещаются с поливинилхлоридом, что не дает возможности ввести их в композицию в необходимых количествах. Поэтому на практике чаще пользуются смесями первичных и вторичных пластификаторов. Смеси обычно готовят на основе октил- и децилфталатов, различных фосфатов, жидких хлорированных парафинов, метилацетилрезорцинолеата, тетраги-дрофурфурилолеата и полимерных пластификаторов. Следует отметить, что хлорированные парафины придают изделиям высокую стойкость к кислотам и щелочам.

Для регулирования вязкости пластизоля используют разбавители или загустители. Наиболее эффективно вязкость снижают летучими разбавителями, в которых полимер не набухает даже при нагревании, а также полярными органическими летучими жидкостями, способными частично сольватировать полимер. Пластизоли с большим содержанием летучих разбавителей называются органозолями. Разновидностью органозолей являются ригизоли — композиции с уменьшенным (обычно менее 30%) содержанием пластификаторов и небольшим количеством органических разбавителей. Для приготовления ригизолей пригоден поливинилхлорид с глобулярной формой частиц и пластификаторы, образующие с ним смеси низкой вязкости (например, фталаты). Ригизоли можно перерабатывать по обычной пластизоль-ной технологии и при этом получать жесткие изделия. Введение небольших количеств (1-3%) поверхностно-активных веществ, например поли-этиленгликольмоноолеата, синтанола-ДТ-7, снижает вязкость и повышает жизнеспособность пла-стизолей.

Для значительного повышения вязкости пла-стизолей к ним добавляют гелеобразователи: мыла (соли жирных кислот и многовалентных металлов), гидрофобизованный бентонит и различные наполнители с высокой маслоемкостью. Лучшим гелеобразователем считается дистеарат алюминия. Пластизоли, содержащие гелеобразователь, называются пластигелями. В отличие от пластизолей,

они сохраняют приданную им форму без желати-низации.

Для термостабилизации пластизолей обычно применяют те же стабилизаторы, что и для других материалов на основе поливи -нилхлорида. Предпочтение отдается жидким стабилизаторам, которые, в отличие от порошкообразных, не повышают вязкости пла-стизолей.

Наполнители вводят в пластизоли для модификации свойств и удешевления готовых изделий. Кроме того наполнители могут служить для изменения вязкости пластизолей. Например, 2-5% коллоидной окиси кремния (аэросила) или небольшие добавки бентонитов значительно увеличивают вязкость пластизолей. Напротив. СаСО3 и Ва504 с малой маслоемкостью даже при содержании около 20% почти не влияют на вязкость. Часто для снижения вязкости в качестве наполнителя применяют суспензионный поливинилхлорид. Влажные наполнители снижают жизнеспособность пластизолей.

В производстве пластизолей применяют те же пигменты, антипирины, антистатики и другие добавки, которые вводят в другие композиции на основе поливинилхлорида.

В некоторых случаях в пластизоли вводят вещества, изменяющие технологические свойства материала. Около 1% кремнийорганической жидкости снижает поверхностное натяжение пласти-золей и тем самым способствует более быстрому удалению из него пузырей воздуха. Для придания пластизолям адгезии к металлу и стеклу используют олигоэфиракрилаты, диаллиловые эфиры с инициаторами и эпоксидные смолы с отвердите-лями [8].

Свойства КМ определяется не только свойствами и соотношением компонентов, но и в значительной степени характером распределения частиц наполнителей, их формой и размерами. Выбор наполнителя зависит главным образом от тех свойств, которые он должен придать материалу с учетом стойкости и его совместимости с полимерной матрицей. Очень широко в качестве наполнителей используются порошки. При этом большое значение имеет форма, распределение по размерам и концентрация частиц наполнителя. Обычно порошки вводят для повышения модуля упругости полимеров, а также для регулирования

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

текучести полимеров при переработке и применении [9].

3. ПОРОШКООБРАЗНЫЕ ФЕРРОМАГНИТНЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ

Для создания систем электромагнитной защиты используют сильномагнитные материалы: ферро- и ферримагнетики. Поскольку магнитные свойства композита зависят от степени наполнения, а магнитные свойства наполнителя с увеличением частоты уменьшаются, необходимо использовать наполнители с высокими магнитными свойствами. к этим материалам относятся: особо чистое железо, железоникелевые сплавы, сплавы группы альсифер, аморфный магнитный сплав и некоторые марки ферритов (MgO-Fe2O3).

Нз вышеперечисленных материалов, далеко не все могут быть использованы на сверхвысоких частотах. Так динамическая магнитная проницаемость пермаллоев и супермаллоев уже при 106 Гц практически равна нулю [10]. В настоящее время для высокочастотных полей используют карбонильное железо (Р10), магниевые ферриты и аморфный магнитный сплав (АМС).

4. АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Аморфные металлы широко проникли во многие области науки и проявили себя как новые перспективные материалы с самыми разнообразными возможностями для практического использования. Появление аморфных металлов, где расположение атомов не упорядоченно, внесло большой вклад в систему знаний о металлах вообще, существенно изменив наши представления о них. Металлы, обладающие крайне беспорядочными атомными конфигурациями, сильно отличаются по своим свойствам от совершенных кристаллов, где действуют ограничения, вызванные существованием симметрии. Например, аморфная лента из палладиевого сплава имеет высокие прочность и пластичность. Были обнаружены такие свойства аморфных металлов, как высокая коррозионная стойкость, высокая магнитная проницаемость и ряд других. Известны также многие органические аморфные соединения и полимеры.

Исследования аморфных металлов охватывают широкий круг проблем; структуру, механизмы образования, стабильность структуры, механизмы диффузии и кристаллизации, электрические, магнитные, механические, химические свойства,

технологию получения и применение аморфных металлов.

Получение аморфного состояния возможно при переходе из трех исходных состояний: газообразного, жидкого и кристаллического. Механизмы и условия аморфизации во всех этих случаях разные. К тому же имеется довольно сложная зависимость от способа получения аморфного состояния. В настоящее время еще не достигнуто полного понимания механизмов и условий образования аморфных структур.

Для целей создания электромагнитных экранов наиболее подходят методы напыления и получения порошка для дальнейшего создания композиционных материалов.

5. МЕТОД ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ

Метод вакуумного напыления уже довольно давно используется для изготовления аморфных пленок простых металлов и некоторых сплавов. Суть метода состоит в следующем. Металл или сплав нагревают в вакууме (обычно 10-3-10-4 Па), при этом с его поверхности испаряются (сублимируются) атомы, которые затем осаждаются на массивную охлаждаемую плиту-подложку. Для нагрева образца применяются печи сопротивления, высокочастотные индукционные печи, электронный луч, а в качестве подложки используют стекло или сапфир. Напыляемые атомы металла в вакууме движутся прямолинейно, сталкиваются с подложкой и «прилипают» к ней. При этом, однако, на подложку попадают и атомы газа (например, кислорода), которые неизбежно присутствуют в вакууме, в результате эти атомы будут присутствовать и в напыляемой пленке, поэтому ее свойства оказываются существенно зависящими от степени вакуумирования и наличия остаточного газа того или иного сорта.

При изготовлении аморфных пленок методом вакуумного напыления обычно необходимо поддерживать температуры ниже комнатных. В частности, в случае напыления чистых металлов подложка должна быть охлаждена до температур порядка температуры жидкого гелия. Если температура недостаточно низка и лежит выше температуры Тх напыляемого металла, получаемая пленка не аморфизируется [11].

При изготовлении пленок из сплавов обычно используется одновременное напыление нескольких элементов. В основе метода лежит различие

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОгЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

из поливинилхлоридных пластизолей

в упругости паров элементов, входящих в состав сплава. Однако регулировать состав получаемой пленки довольно трудно. Поскольку обычно температура Т у сплавов сравнительно высока, то легко добиться, чтобы температура подложки была ниже Т что и делают, например, в случае получения сплава железа с 10% (ат.) германия, у которого Т =130 к. Все же для получения аморфных сплавов этот метод можно применять лишь ограниченно. В частности, при изготовлении аморфных сплавов, состоящих из элементов с сильно различающейся упругостью паров, необходимо тщательно регулировать скорость напыления разных элементов. При этом нужно поддерживать постоянство количественных соотношений между элементами, осаждаемыми на подложку. Здесь в последнее время начинают применяться методы машинного контроля. Скорость напыления определяется сортом элементов, уровнем вакуума, структурой подложки и обычно составляет 0.5-1 нм/с.

Для аморфизации сплавов метод напыления более предпочтителен, чем для чистых металлов, ибо упрощается аппаратура и некоторые операции в связи с тем, что при получении пленок сплавов не требуется глубокого охлаждения подложки. Однако, как уже указывалось, метод вакуумного напыления имеет ограничения по сортам атомов компонентов сплава. кроме того, при использовании этого метода трудно регулировать состав сплава, поэтому для массового производства он не пригоден.

6. МЕТОД РАСПЫЛЕНИЯ

Метод распыления (метод известен также под названием метод катодного или ионного распыления) состоит в следующем. В газовую атмосферу с низким давлением помещаются два электрода, между которыми наводится разность потенциалов, в результате чего газ ионизируется. Ионы сталкиваются с электродом, выбивая атомы с его поверхности. При столкновении ионов газа с твердой поверхностью электрода происходят различные процессы, схематично показанные на рис. 1.

В результате удара из металла выбиваются нейтральные атомы или молекулы (широкая черная стрелка на рисунке), т.е. происходит явление распыления металла. Для объяснения этого предложен следующий механизм. Вблизи поверхности металла ионы нейтрализуются за счет электронов (е-), испускаемых металлом под воздействием

электрического поля (за счет электронов, испускаемых металлом под действием электрического поля, нейтрализуется только небольшая часть ионов газа на начальной стадии процесса; в дальнейшем нейтрализация происходит главным образом за счет вторичной электронной эмиссии). Эти нейтральные атомы внедряются в твердое тело электрода, «выталкивая» атомы с его поверхности.

Число атомов, распыляемое при падении одного иона, называется коэффициентом распыления (атомов/ион). Этот коэффициент изменяется с изменением энергии ионов Е. При увеличении Е до 150 эВ он возрастает как E 2 ; в интервале Et от 150 до 400 эВ - растет пропорционально Е и далее до 5000 эВ - пропорционально Е , после чего практически не увеличивается. когда Et достигает ~10 кэВ, число ионов, внедряющихся в твердый электрод, становится очень большим. Это уже соответствует ионной имплантации.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В методе напыления, в котором используется нагрев металла, энергия движения атомов, осаждающихся на подложке, крайне мала и составляет не более чем kT (~0,1 эВ). В методе распыления энергия движения атомов, достигающих поверхности металла, из-за наличия напряжения в несколько сот и даже тысяч вольт, доходит до значений ~10 кэВ. Если электрическое поле приложить в косом направлении, величина этой энергии еще более возрастет (этот рост энергии характерен для нейтральных атомов, составляющих основную массу бомбардирующих катод частиц газов). Для процесса распыления характерно то, что атомы испускаются в широком интервале углов, а также то, что даже если компоненты сплава имеют различную упругость пара, все равно можно получить пленку почти такого же состава, каков он у катода,

Рис. 1. Процессы, происходящие при соударении ионов с поверхностью твердого тела.

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

с хорошей плотностью прилегания к подложке. С другой стороны, так как в методе распыления степень вакуума составляет 1-0.1Па, в пленку попадает много остаточного газа. кроме того, довольно сильно нагревается подложка. Поэтому этот метод пригоден только для получения сплавов с высокой температурой кристаллизации. Получить же чистые аморфные металлы этим методом практически невозможно.

7. МЕТОДЫ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

известны две разновидности метода металлизации: электролитическая и неэлектролитическая (химическая) металлизации. Последний метод называют также методом получения покрытий восстановлением.

Электролитическая металлизация. Б основе метода лежит восстановление и осаждение на катоде-подложке ионов металла, образующихся при растворении анода в электролите. В качестве электролитов обычно используются водные растворы, в которых в определенной пропорции смешаны хлориды металлов (например, NiQу6Н О, СоС1у6Н2О) и соли метафосфорной (Н3РО3) и ортофосфорной (Н3РО4) кислот. Катодом обычно служит медь или графит. Электролиз проводится при температуре 50-90°С при плотности тока 0.5-4 А/см2. В результате получаются аморфные пленочные покрытия из никеля или кобальта, содержащие большие количества фосфора. Этим методом можно получать аморфные сплавы Ni-Р, Со-Р, Fе-Р, Со-Ni-P, Со-W, Со-Re, Fе-W, Сг-W, Fе-Мо, Сг^е, причем особенности метода накладывают сильные ограничения на состав сплавов. Важно, чтобы строго соблюдались необходимые пропорции при приготовлении электролитов, а также чтобы была предусмотрена возможность регулировки электрического тока на электродах и температуры электролита.

Химическая металлизация. Аморфные пленки типа Ni-P получают осаждением из водных растворов хлоридов металлов. Для этой цели используют ванны, представляющие собой смесь гипофосфитов и гидрида бора. Подбирая соответствующим образом состав ванны, получают аморфные сплавы Со—Р, Ni—В и Ni—Fе—В.

В этом методе в качестве отрицательного полюса используют не только металлы, но и различные диэлектрики: стекла, пластмассы и т.п. Главная реакция представляет собой реакцию растворения

ионов металла. Фосфор попадает в пленку в результате протекания побочной реакции, что позволяет контролировать его количество, регулируя концентрацию восстановителя. Метод позволяет получать сплавы на основе никеля и кобальта, содержащие фосфор и бор, но номенклатура сплавов крайне ограниченна. Преимуществом метода является сравнительно простое получение пленок с большой площадью поверхности.

Тонкие проволоки, порошки аморфных металлов в настоящее время используются в качестве наполнителей композиционных материалов. Газофазные методы и методы металлизации из жидкого состояния волокон, пленок и тканей успешно применяются для получения электропроводящих покрытий. и наибольший интерес связан с магнитными свойствами наполнителей.

8. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВ

Магнитные материалы наряду с полупроводниками и диэлектриками жизненно важны для электронной промышленности, поэтому они заслуживают особого рассмотрения. До недавнего времени круг магнитных материалов ограничивался кристаллическими металлическими сплавами, интерметаллидами и оксидами (ферриты и т.п.). Однако в последнее время интенсивно исследуется магнетизм аморфных металлов и сплавов и уже отчетливо просматриваются некоторые направления практического использования аморфных магнетиков. В настоящее время находят применение магнитомягкие ленточные аморфные ферро-и ферримагнетики, представляющие собой сплавы переходных металлов с металлоидами. Научная проблема получения таких материалов путем быстрого охлаждения из жидкого состояния сегодня становится важной прикладной отраслью техники. Можно утверждать, что вслед за эрой кристаллических магнитных материалов наступит эра новых магнитных металлических материалов, каковыми являются аморфные сплавы. Аморфные ферромагнитные материалы обладают одним важным отличительным свойством — высокой магнитной проницаемостью, т.е. на магнитомягких аморфных сплавах.

исследование магнетизма аморфных металлов в последнее время развивается весьма интенсивно, однако в этой области есть еще много нерешенных проблем, в частности до сих пор не создана

НАНОСИСТЕМЫ

общая теория магнетизма аморфных металлов. Магнитные явления, протекающие в аморфных металлах, пока еще трудно объяснить с единой точки зрения [11].

Ферромагнетизм и ферримагнетизм аморфных металлов. в основе действия постоянных магнитов и магнитных сердечников, изготовленных из кристаллических металлических сплавов и химических соединений, лежит явление ферромагнетизма. необходимо отметить, что источником магнетизма является наличие магнитного момента, возникающего благодаря собственному спиновому моменту импульса электрона. вещества, способные к сильному намагничиванию, именуемые в дальнейшем магнетиками, можно подразделить на так называемые ферромагнетики и ферримаг-нетики. в ферромагнетиках все магнитные моменты атомов параллельны друг другу, в ферримагне-тиках магнитные моменты атомов антипараллельны и имеют различную величину, так что суммарный момент отличен от нуля. основной причиной возникновения ферромагнитного состояния спонтанного намагничивания в таких веществах является внутренняя структура их атомов. Это необходимое условие — атомы должны иметь внутреннюю недостроенную 3d- или 41-оболочки, — но не достаточное. Второе условие появления ферромагнетизма — это характер обменного взаимодействия между спинами, при котором обменный интеграл должен быть положительным.

Ферромагнетизм наблюдается в 3d-переходных металлах (железе, кобальте, никеле), в гадолинии и некоторых других редкоземельных металлах, а также в сплавах на их основе, и интерметаллидах. Ферримагнетики — это сложные оксиды, содержащие ферромагнитные элементы. Так как все перечисленные вещества являются кристаллическими, можно было бы предположить, что для параллельного упорядочения магнитных моментов необходимо наличие регулярного расположения атомов. Однако явление ферромагнетизма наблюдается

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫХ ПЛАСТИЗОЛЕЙ

в полученной электролитическим осаждением аморфной пленке Со-Р [12]. Было показано, что для упорядоченности магнитных моментов регулярность и симметрия атомных конфигураций необязательны [13]. Тем самым было обосновано, что ферромагнетизм может проявляться не только в кристаллах, но и в жидкостях и аморфных твердых телах.

На рис. 2. показан наиболее простой случай ферромагнитного состояния: магнитные атомы неупорядоченно расположены в пространстве, но все магнитные моменты выстраиваются взаимно параллельно. Характерно, что в этом случае вектор магнитной поляризации имеет строго фиксированное направление, спонтанная намагниченность стремится к насыщению. При этом благодаря особенностям обменного взаимодействия между магнитными моментами могут проявляться и взаимодействия других типов, отличные от ферромагнитного. Другой случай представлен на рис. 3. Здесь магнитные моменты стремятся взаимно уменьшить друг друга, при этом ферромагнитное состояние совершенно не насыщено. Однако, поскольку угол между магнитными моментами не равен 180°, возникает возможность для появления спонтанного намагничивания. Такое состояние, как полагают, действительно может иметь место в соединениях типа DуNi, относимых к неупорядоченным ферромагнетикам, или сперомаг-нетикам. Подобное магнитное состояние возникает, когда наряду с относительно слабым обменным взаимодействием существует локальная магнитная анизотропия, вследствие которой возникает неупорядоченность в расположении магнитных моментов атомов. В аморфном состоянии, поскольку имеются локальные различия атомных

145

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

и ее направление также должны локально различаться. Вследствие этого параллельность между магнитными моментами, обусловленными обменным взаимодействием, может частично нарушаться и в результате конкуренции процессов упорядочения и разупорядочения могут возникать спиновые конфигурации, подобные тем, что показаны на рис. 3. наличие локальной магнитной анизотропии слабо сказывается на величине спонтанной намагниченности, а температура кюри при этом понижается.

Б аморфных металлах встречается еще один тип магнитной неупорядоченности, проявляющийся в таких кристаллических материалах, как оксиды (ферриты), а именно ферримагнетизм. Если в аморфном сплаве, содержащем два сорта магнитных атомов, А и В, взаимодействия АА-ВВ положительны, а взаимодействия А-В отрицательны, то возникает состояние, в котором магнитные моменты А и магнитные моменты В противоположны друг другу (рис. 3). Когда магнитный момент В больше магнитного момента А, или наоборот, возникает спонтанный магнетизм, который определяется как ферримагнетизм.

На рис. 3 магнитные моменты А и В антипараллельны, но магнитные моменты атомов одного сорта могут быть разориентированы на малые углы и поэтому так же, как и в случае, показанном на рис. 3, может возникнуть влияние локальной магнитной анизотропии. Таким образом, в зависимости от локальных колебаний направления магнитного момента ферримагнетики, как и ферромагнетики, можно назвать неупорядоченными ферримагнетиками или спериферримагнетиками. В качестве примера аморфных ферримагнетиков можно указать на аморфные пленочные сплавы на основе Fе и Со [14, 15], весьма перспективные для применения в устройствах магнитной записи. В магнитном поведении таких сплавов проявляется так называемый компенсационный эффект, характерный для ферримагнетиков вообще [16, 17]. компенсационный эффект заключается в том, что, когда сумма магнитных моментов атомов сорта А и сумма магнитных моментов атомов сорта В равны друг другу, спонтанная намагниченность полностью исчезает. Важными факторами здесь являются концентрации атомов А и В (химический состав сплава) и температура. Состав сплава и температура, при которых имеет место эффект

компенсации, называют соответственно компенсирующим составом и температурой компенсации. Варьируя концентрации атомов вблизи компенсирующего состава, можно регулировать величину спонтанной намагниченности, в том числе делать ее достаточно малой. С другой стороны, если между магнитными моментами А и В имеются существенные различия, то может возникнуть сильная наведенная магнитная анизотропия. Важным обстоятельством при этом является формирование пузырьковой (bubble) доменной структуры в аморфных магнитных тонких пленках.

В аморфном состоянии, характеризующимся отсутствием упорядоченности в расположении атомов, может иметь место упорядоченное магнитное состояние, в котором магнитные моменты расположены более или менее параллельно. Это служит причиной возникновения в аморфном состоянии сильного спонтанного намагничивания, т.е. ферро- и ферримагнетизма.

Ферромагнетизм аморфных сплавов (Fe, Co, Ni). В аморфных веществах, так же как и в кристаллических, существует ферро- и ферримагнетизм. Магнитомягкие аморфные сплавы, представляют собой сплавы железа, кобальта или никеля с другим металлом или металлоидом. Предполагается, что они являются простыми ферромагнетиками. Измеряя намагниченность вдоль оси в направлении длины аморфной ленты (в дальнейшем «ось ленты»), можно наблюдать явление магнитного насыщения и петлю гистерезиса, точно такие же, как и в обычных кристаллических ферромагнетиках. Отсюда следует, что в аморфных металлических лентах внутренняя намагниченность разбита на части — магнитные домены. Предполагают, что намагничивание аморфных металлов происходит путем перемещения границ магнитных доменов и вращения вектора спонтанной намагниченности.

В начале процесса намагничивания величина намагниченности растет пропорционально напряженности внешнего магнитного поля, однако с увеличением поля намагниченность асимптотически стремится к некоторому предельному значению, так что и для аморфных ферромагнетиков выполняется асимптотический закон приближения к насыщению. Для магнитномягких аморфных металлических лент намагниченность насыщения достигается при весьма высоких значениях напряженности внешнего магнитного поля (во

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ из поливинилхлоридных ПЛАСТИЗОЛЕЙ

многих случаях эти значения составляют (8^80) 103 А/м). Величина спонтанной намагниченности уменьшается с ростом температуры и в точке Кюри (Т) становится равной нулю. При разработке магнитных материалов необходимо находить такие, у которых при высокой температуре Кюри величина спонтанной намагниченности MS в области от 0 К до комнатных температур была бы довольно большой. При этом наиболее важным является вопрос о влиянии химического состава на значения магнитных характеристик (MS,

Тс и др.).

9. ПРИМЕНЕНИЕ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВ

Среди аморфных металлических материалов магнитные материалы применяются наиболее широко. Они уже широко используются для изготовления магнитных экранов, магнитных головок, микрофонов, различных элементов звуковоспроизводящих устройств, магнитострикционных линий задержки, фильтров, сердечников управляющих обмоток и т.д.

В отличие от порошков из аморфных магнитных сплавов, порошки карбонильного железа (Р-10) широко применяются в приборостроении для изготовления магнитодиэлектриков. Магнитодиэлектрики состоят из связующего вещества — диэлектрика и магнитных зерен наполнителя. В качестве магнитного наполнителя используют порошкообразные: карбонильное железо, пермаллой и ферриты.

Пермаллои — железоникелевые сплавы с высокой проницаемостью в слабых полях. По составу выделяют низконикелевые (40-50% Ni) и высоконикелевые (72-80% Ni). Такое подразделение обусловлено смещением магнитных и электрических характеристик в зависимости от процентного содержания никеля [18].

Карбонильное железо — химически осажденный порошок с зернами округлой формы размером 0.5-5 мкм; [Га=3000 [19]. Карбонильное железо получают термическим разложением пентакарбонила железа согласно уравнению Fe (CO)5 = Fe + 5CO. (1)

Пентакарбонил железа представляет собой жидкость, получаемую воздействием оксида углерода на железо при температуре около 200°С и давлении около 15 МПа. Карбонильное железо

имеет вид тонкого порошка, что делает его весьма удобным для изготовления прессованных высокочастотных магнитных сердечников.

Свойства железа зависят не только от содержания примесей, но и от структуры материала, размера зерен, механических напряжений. Применяют также порошки из высоконикелевого пермаллоя с [Га до 100000, а также из высокопроницаемых ферритов [19].

Химический состав используемого Р-10 порошка включает (в %) следующие элементы С - 0.8-1.2, N - 0.6-1.0, О - 0.8-1.2, Fe - 99.7-99.6. Средний диаметр частиц равнялся 3.5 мкм. В основе промышленного способа получения магнитной окиси железа лежит реакция окисления кислорода воздуха пентакарбонила железа:

4Fe(CO)5 + 13O2 ^ 2Fe2O3 + 20CO2. (2)

Обезуглероживание, термообработка порошка карбонильного железа в токе водорода и другие процессы применяются для повышения чистоты материала и повышения величины магнитной проницаемости.

Для создания систем электромагнитной защиты наиболее распространенными материалами в настоящее время являются ферриты и кристаллические сплавы на основе железа (пермаллои, аль-сиферы). Анализ современных тенденций показывает, что по совокупности магнитных свойств имеется реальная перспектива замены этих материалов аморфными и нанокристаллическими магнитомягкими сплавами.

Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию структуры и магнитных свойств аморфных и нанокристаллических сплавов, в литературе отсутствуют четкие рекомендации по их использованию в системах электромагнитной защиты. Это связано, в первую очередь, с тем, что недостаточно изучены зависимости эффективности защиты от магнитных и структурных характеристик аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов. Недостаточно обоснованными и разработанными являются также режимы оптимизации свойств аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов и технологические процессы получения на их основе систем электромагнитной защиты для каждого конкретного случая применения.

Рассмотренные в работе различные способы получения аморфных материалов позволяют

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

целенаправленно проводить исследования по созданию композиционных материалов нового поколения. создание, изучение и использование полимерных композиционных материалов — перспективная и активно развивающаяся область современного материаловедения [20].

10. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ НАПОЛНЕННОГО ПВХ-ПЛАСТИЗОЛЯ

В качестве образцов, были использованы КМ на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ), содержащего порошкообразные магнитомягкие наполнители. КМ изготавливали по пластизольной технологии. Для этого использовался пастообразующий эмульсионный поливинилхлорид марки ЕП 6602С — однородный белый порошок с константой Фикентчера К = 69-66, содержание влаги и летучих не более 0.4%, размер частиц 5-70 мкм.

Константа Фикентчера определяется по уравнению

lgn

отн

75k 2c 1 + 1,5c

+ kc

(3)

где ?]отн — относительная вязкость раствора, равная п /п , с — концентрация в г/100 мл.

I раствора < растворителя 1

Константа Фикентчера К получается умножением коэффициента k на 1000.

В работе использовали пластификатор (ди(2-этилгексил)фталат) (ДОФ). Его свойства представлены в таблице 1.

Таблица 1

Пластификатор Мм Плотность, г/см3 Т кип °С Т , пл’ °С

ДОФ С6Н4(СООС8Н17)2 390.5 0.986 231 -46

В качестве магнитомягкого наполнителя использовали аморфный магнитный сплав (АМАГ-200) и карбонильное железо (Р-10).

Порошок АМАГ-200 был получен из исходной ленты. Морфологический анализ порошка показал, что в порошке фракции 50 мкм преобладают частицы округлой формы. Фракция 50 мкм в процессе дезинтеграторного разлома исходной ленты частично нанокристаллизовалась, так как поверхность порошка, являющаяся и поверхностью разрушения, имеет характер хрупкого излома.

Установлено, что имеются нанокристаллы на поверхности лент сплава АМАГ-200 размером ~ 40 нм и объемным содержанием ~ 5%, которые получаются при температуре 430°С. Фракционный состав порошка и его структурное состояние влияет на магнитные и

диэлектрические свойства изготовленных из них композитов на основе полимерного связующего.

Карбонильное железо — химически осажденный порошок с зернами округлой формы [5]. Приготовление образцов пленок из АМАГ-200 и Р-10 проводилось следующим образом: отвес компонентов, смешивание компонентов, формование пленки, отверждение пленки при температуре 145-155°С. Отвес компонентов производился на аналитических весах. При этом расчеты велись в массовых процентах от общей массы композиции, поскольку плотности АМАГа и Р-10 близки. Смешивание проводилось в полиэтиленовом стакане стеклянной палочкой.

Формование пленки из ПКМ на металлической подложке осуществлялось при помощи ракельного ножа. Ракля — это устройство для создания пленки заданной толщины. Толщина зазора в ракле составляла 1 мм. Также имело место формование пленки в кольцевой пресс-форме, изготовленной из фторопласта. Отверждение образцов пленок осуществлялось на металлической под-

ложке, устанавливаемой на нагревательном столике. Столик нагревался до температуры 155°С. Контроль температуры осуществлялся посредством инфракрасного дистанционного термометра. Составы исследованных композиций, содержащих АМАГ и Р-10, массы и объем образцов представлены в таблицах 2-5.

Таблица 2

Состав компрзиций, содержащих АМАГ

ПВХ-пластизоль m, г АМАГ m, г % содержание АМАГ от массы (m) всей композиции

5 0.556 10 '

5 1.25 20

5 2.14 30

5 3.33 40

5 20 80

Таблица 3

Массы и объем образцов

% содержание АМАГ от массы (m) всей композиции Масса m, г Дли- на, см Шири- на, см Толщина h, см Объем V, (см3)

10 0.73 7 3.4 0.1 2.38

20 1.73 9.4 4.4 0.1 4.136

30 1.5 9.4 4.4 0.1 4.136

40 1.99 9.5 4.9 0.1 7.655

80 4.28 3 3 0.31 2.79

Таблица 4

Состав крмпозиций. содержащих Р-10

ПВХ-пластизоль m, г. Р-10 m, г % содержание Р-10 от массы (m) всей композиции

5 0,556 10

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5 1,25 20

5 2,14 30

5 3,33 40

5 20 80

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

из поливинилхлоридных пластизолей

Таблица 5

Массы и объем образцов ___________

% содержание Р-10 от массы (m) всей композиции Масса m, г Длина, см Ширина, см Толщина h, см

10 1.29 8.9 4.9 0.1

20 1.43 9.5 4.5 0.1

30 1.38 9.0 4.4 0.1

40 2.04 10.5 4.9 0.1

80 4.21 3.0 3.0 0.34

11. ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ В СВЧ-ДИАПАЗОНЕ

Величину экранирующего эффекта К (дБ) для образца материала определяли как логарифмическое отношение мощности СВЧ волны, падающей на образец I , к мощности волны, прошедшей через образец I:

K = 10 lg I /I . (4)

Эта величина зависит от радиофизических параметров материала (комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей) и толщины образца. При увеличении проводимости материала возрастает как отражение электромагнитной энергии от проводящей поверхности, так и рассеяние энергии в объеме образца, следовательно, возрастает и величина экранирования к . Общее выражение из-за учета интерференции достаточно громоздко, но для тонких проводящих немагнитных образцов оно упрощается и можно получить оценочное равенство

Ksc = 20lg (1+188od), (5)

где 188 (Ом) — 1/2 величины волнового сопротивления свободного пространства, о — удельная электрическая проводимость материала (См-см-1), d — толщина образца (см).

Установка создана на базе панорамного измерителя коэффициента стоячей волны Р2-61 и модернизирована для проведения автоматизированных измерений. Принцип работы установки заключался в следующем. Образец исследуемого материала, имеющий форму прямоугольной пластины толщиной от 0.3 до 6.3 мм, помещали в прямоугольный волновод нормально вектору распространения электромагнитной энергии, полностью перекрывая внутреннее сечение волновода (23x10 мм). Перед образцом и после него устанавливали идентичные направленные ответвители с встроенными в них диодными детекторами СВЧ поля. С одного конца к образованному волноводному тракту подключали свип-генератор,

генератор ГКЧ-61, 2- направленный ответвитель с детектором, 3- волноводная секция с образцом, 4- индикатор панорамный 2ЯР-67, 5-АЦП, 6- ЦАП, 7- компьютер, 8- согласованная нагрузка.

с другого — согласованную нагрузку, существенно уменьшающую отражение от конца линии. Оба СВЧ детектора соединяли (через усилители-демодуляторы) с аналоговым приемником-делителем сигнала. Свип-генератор и приемник объединены в общую цепь управления и связаны с компьютером. Сигнал, снимаемый с обоих детекторов, пропорционален мощности электромагнитной энергии, распространяющейся только в одном направлении от генератора к нагрузке. Следовательно, отношение сигналов детекторов пропорционально отношению мощности СВЧ волны, падающей на образец, к мощности волны, прошедшей через него. Это отношение после соответствующей аналого-цифровой обработки и приводили к искомому коэффициенту экранирования.

Методы определения коэффициентов отражения. Измерения амплитудно-частотной характеристики коэффициента отражения (к ) СВЧ-энергии от образцов в диапазоне частот 0.2-1.2 ГГц проводились с помощью направленных ответвителей посредством деления мощности отраженной волны на мощность падающей волны при непрерывном качении частоты. Генератор качающей частоты ГКЧ-61 и осциллографический индикатор отношения сигналов связаны с компьютером через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), благодаря чему реализуется возможность управления частотой через ЭВМ, улучшение отношения

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

отражений (Кс) СВЧ-энергии от композиционных материалов. Здесь а - установка для измерения Кс в диапазоне 0.2-1.2 ГГц: 1- свип-генератор ГКЧ-61; 2- направленный ответвитель с детектором; 3- волноводная секция с образцом; 4- индикатор панорамный 2ЯР-67; 5- АЦП; 6- ЦАП; 7- компьютер; 8- короткозамыкающая пластина; б -установка для измерения макетных образцов 150x150 мм в диапазоне 3-30 ГГц: 1- измеритель КСВН соответствующего диапазона; 2- рупорный излучатель, 3- испытуемый образец; 4- металлическая подложка.

сигнал/шум и возможность предварительной калибровки прибора перед измерениями.

свЧ-сигнал с заданной частотой поступает в волноводный тракт прямоугольного сечения, далее через направленный ответвитель с детектора (падающей волны) снимается сигнал, пропорциональный мощности волны, падающей на образец. второй направленный ответвитель установлен в противоположном направлении, поэтому с детектора, вмонтированного в него, снимается сигнал волны, отраженной от образца и распространяющейся в противоположном направлении. Б индикаторе происходит деление сигналов отраженной и падающей волн. Затем сигнал, пропорциональный

их отношению, после необходимого усиления поступает на аналогово-цифровой преобразователь и считывается в компьютер. После записи сигнала, полученного на некоторой частоте, компьютер через ЦАП формирует управляющее напряжение, соответствующее соседней частоте и процесс измерения повторяется.

Калибровка прибора производится при помощи поляризационного аттенюатора, устанавливаемого между двумя направленными ответвителями. Производится калибровка по всей частоте. Калибровка происходит в двух положениях аттенюатора 10 дБ и 20 дБ. Для уменьшения погрешности измерений перед каждой серией измерений записывается нулевой уровень (при отсутствии образца), который затем вычитается из сигнала при измерении с образцом. систематическая ошибка измерений не превышает 0.5 дБ (в диапазоне 0-10 дБ).

Измерения КО проводились для двух случаев:

- от образца (АМАГ-200, Р-10), наложенного на металлическую пластину, замыкающую волноводную секцию: А(дБ) или КО;

- от образца (АМАГ-200, Р-10), вставленного в волноводную секцию с согласованной нагрузкой: R(aB).

Перед измерением образцов проводилась калибровка измерителей КСвН и измерительной линии. При калибровке приборов металлический лист размещался вплотную к раскрыву рупора. Испытуемый образец прикладывался рабочей поверхностью к раскрыву рупора, после чего измерялся коэффициент стоячей волны (К ) образца.

Коэффициент отражения от образца рассчитывался по формуле:

К0[дБ] = 20-lg (Кт - 1/Кт + 1), (6)

где Кст- измеренное значение коэффициента стоячей волны.

Для исследования были изготовлены и использованы образцы пленок ПвХ-пластизоль с добавлением наполнителя — аморфный маг -нитный сплав (АМАГ) и карбонильное железо (Р-10) в разном процентном содержании (10%, 20%, 30%, 40% и 80% от общего объема композиции).

Измерялся уровень коэффициента отражения К образцов на металлической пластине (режим КЗ) в диапазоне 0.2-1.2 ГГц, а также проводилась оценка магнитной проницаемости в исследуемом диапазоне частот.

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

из поливинилхлоридных пластизолей

как видно из графиков, при одинаковом содержании наполнителя в образцах (АМАг 80%), при увеличении частоты коэффициент отражения уменьшается в тем большей степени, чем больше толщина образца. Уменьшение коэффициента отражения происходит за счет увеличения поглощения.

Результаты измерений коэффициента отражения котр(кЗ) приведены на рис. 6-8 для образцов с АМАг наполнителями и на рис. 9 для образцов с Р-10.

Рис. 6. Коэффициент отражения Котр(КЗ) для образца «АМАГ(80%) + ПВХ/ДОФ(50/50) (20%)» (Ь=2.5 мм).

Рис. 7. Коэффициент отражения Котр(КЗ) для образца «АМАГ (80%) + ПВХ-ДОФ(50/50) (20%)» (h=4.65 мм).

МГц

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Рис. 8. Коэффициент отражения К(КЗ) для образца «АМАГ (80%) + ПВХ-ДОФ(50/50) (20%)» (Ь=6.3 мм).

МГц

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Рис. 9. Коэффициент отражения К (КЗ) для образца «Р-10(80%) + ПВХ-ДОФ(50/50) (20%)» (h=3.1 мм).

Сравнение радиофизических характеристик (рис. 10) композита, наполненного 80% АМАг с таким же содержанием наполнителя Р-10 (карбонильное железо) показывает, что оба материала ведут себя схожим образом. Более того, коэффициент отражения ПкМ, содержащего карбонильное железо и имеющего толщину 3.1 мм, находится в промежутке между соответствующими характеристиками ПкМ, содержащего АМАг и имеющего толщину 2.5 и 4.63 мм.

Были также проведены измерения магнитной проницаемости 4-х образцов (рис. 11-14).

Магнитная проницаемость всех 4-х образцов находится на одном уровне, что свидетельствует о хорошей воспроизводимости результатов и независимости магнитной проницаемости от толщины образцов, и обеспечивает высокие экранирующие свойства.

Р10, h=3.1 мм —2— АМС, h=2.5MM 3 АМС, h=4.65 (x3) — АМС, h=6.3 (x4)

Рис. 10. Коэффициент отражения Котр(КЗ) для образца «АМАГ (80%) + ПВХ-ДОФ(50/50) °(20%)» (h= 2.5мм, h=4.65мм, h=6.3 мм) и «Р-10(80%) + ПВХ-ДОФ(50/50) (20%)» ф=3.1мм).

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

Рис. 11. Магнитная проницаемость АМАГ (80%)+ПВХ-________________ДОФ(50/50) (h=2.5 мм).__________

Рис. 12. Магнитная проницаемость АМАГ (80%)+ПВХ-ДОФ(50/50) (h=4.65 мм).__________________________

Рис. 13. Магнитная проницаемость АМАГ (80%)+ПВХ-ДОФ(50/50) (h=6.3 мм).

Рис. 14. Магнитная проницаемость Р10(80%) + ПВХ-ДОФ(50/50) (h=3.1 мм).

Действительная часть магнитной проницаемости [' для образцов с наполнителем Г-10 несколько выше в исследуемом диапазоне частот.

Рис. 15. Коэффициент отражения Котр(КЗ) для образца «АМАГ + ПВХ-ДОФ» (1.5мм).

Рис. 16. Коэффициент отражения К(НС) для образца «АМАГ + ПВХ-ДОФ» (1.5мм).

Рис. 17. Коэффициент К' для образца <АМАГ + ПВХ-ДОФ» (1.5мм).

12. ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ МЕТОДОМ ЭПР.

Образец помещается в резонатор спектрометра в ампулах, изготовленных из несодержащих парамагнитных центров сортов стекла, кварца или пластмассы. Внутренний диаметр ампул не превышает 4-5 мм. При высоте образца в ампуле

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ из поливинилхлоридных ПЛАСТИЗОЛЕЙ

около 1 см, навеска образца с р ~ 1 г/см3 составляет —120 мг. Для регистрации сигналов в веществах, характеризующихся большими диэлектрическими потерями (сильно полярные жидкости, водные растворы), используют капилляры или плоские кварцевые кюветы с зазором между стенками, составляющим доли миллиметра [21].

Методы определения основных параметров спектра. Концентрацию парамагнитных центров (спинов) определяют, сопоставляя площади под кривыми поглощения образца Sо и эталона Бэ, записанными при одинаковых условиях, далеких от насыщения, при этом высота образца в ампуле не должна превышать 1 см. Поскольку регистрируется первая производная сигнала, для определения площади приходится дважды интегрировать спектр. Концентрацию спинов рассчитывают по формуле: c = S n /S m , (7)

где пэ — число спинов в эталоне, то — масса образца.

Значения g-фактора определяют либо по меткам поля на спектрометрах, оснащенных датчиком ядерного магнитного резонанса, либо с использованием эталона. Во втором случае следует строго соблюдать условия, при которых запись эталона и образца производится на одной и той же частоте. Лучше всего, если образец и эталон помещаются в резонатор внутри одной ампулы. Для расчета используется формула:

g. = g.H/H, (Я)

где Нэ и Но — напряженности полей, при которых наблюдаются линии ЭПР образца и эталона.

Компоненты анизотропного g-тензора определить значительно сложнее. Для этой цели используют монокристаллы, положение линий ЭПР

I ----R - 10 |

300000280000- ^

260000- ^------------------------

240000- ч-Л 220000-

200000-И /А // N. ^------

180000- /А // ^ч \ N.

160000- / // \ \ Хч

^ 140000-/ // \ \ N.

120000- // \ \ ^-------------

100000- / / \ \

80000- / / \

60000-/ / \

40000- \

20000-

0-

-20000^------,-----1-------,-----1-------,-----1------,------1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0 2000 4000 6000 8000

H (G)

Рис. 18. Сигнал поглощения для карбонильного железа «Р-10».

---AMAG

ва «АМАГ».

_____________________Таблица 6

Магнит- ная система Матрица Поло- же-ние макси- мума, Гс Ширина на полувысоте, Гс Форма линии

Р-10 (карбо- нильное железо) Пласти- золь 3200 5000 Верхняя часть спектра -Гаусс, крылья отличаются

АМАГ (аморф- ный магнит- ный сплав) Пласти- золь 2500 3200 Верхняя часть спетра -Гаусс, крылья отличаются

Таблица 7

АМАГ S под кривой поглощения на мг 10‘5 Р-10 S под кривой поглощения на мг 10‘5

10% 1.2 10% 2.6

20% 2.75 20% 4.2

30% 3.57 30% 4.9

40% 3.9 40% 5.5

в которых зависит от их ориентации в магнитном поле.

Эталоны. Стандартные образцы необходимы в ЭПР-спектроскопии для различных видов калибровочных работ. К ним относятся установление точного значения постоянного и переменного магнитных полей, однородности поля в резонаторе, амплитуды модуляции, разрешающей способности и чувствительности спектрометра, контроля за интенсивностью сигнала при кинетических исследованиях. Кроме того, эталоны используются для определения концентрации парамагнитных центров (спинов) в образце и значений g-фактора.

153

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

Основными характеристическими параметрами линии поглощения в спектрах фМр являются ширина на полувысоте, положения максимума и симметрия. ширина и симметрия спектра в полидоменных частицах зависят от многих параметров: от размеров доменов, количества структурных дефектов различного рода, включая доменные стенки, от характера диполь-дипольных взаимодействий между магнитными частицами и, следовательно, от распределения их по образцу, агрегирования и свойств их поверхности. Положение максимума зависит от величины g-фактора; но в большой степени оно определяется формой частиц [22].

анализ данных из таблицы 6 и 7 позволяет сделать следующие выводы. ширина линий для образцов, содержащих частицы Г-10, существенно больше, чем для АМАГа и слабо зависит от содержания магнитного компонента. Из этого следует, что в композиции, содержащей Р-10, агрегирование и межмолекулярные взаимодействия частиц проявляются в большей степени, чем в композиции, содержащей АМАГ.

Положение максимумов спектров Р-10 и АМАГ различается: 3200 Гс для Р-10 и 2500 Гс для АМАГа. Поскольку величина g-фактора для ферромагнитных частиц близка к 2, это различие связано, скорее всего, с различием в форме частиц. Так, для сферических частиц резонансные условия определяются уравнением (9), для цилиндрического образца (10), а для пластины (11):

hv = gPH0, (9)

где h — постоянная Планка; v — частота СВЧ; g — g-фактор, в — магнетон Бора, Н0 — напряженность поля;

hv = gp-(Ho + 2nIz), (10)

где Iz — намагниченность вдоль направленного внешнего поля;

hv = gp-(Ho - 2nIz). (11)

Из данных уравнений следует, что значения поля, при котором наблюдается максимум на кривой поглощения, определяется: для сферы — уравнение (12), для цилиндра — (13), для пластины

- (14):

Ho = hn/gb, (12)

H0 = (hn - 2PIzgb)/gb = (hn/gb) - 2P^ (13)

Ho = b = (hn/gb) + 2pIzg. (14)

Для образцов, содержащих карбонильное железо, максимум наблюдается при напряженности поля 3200 Гс, что соответствует значению g-фактора, близкого к 2. Таким образом, форма частиц Р-10 близка к сферической. Положение максимума для образца, наполненного частицами АМАГа, сдвигается в область низких полей (2500 Гс). Это позволяет сделать вывод о том, что их форма не сферическая, а близкая к цилиндрической или эллиптической, как следует из уравнения (11).

На рис. 20 приведены зависимости площади под кривой поглощения фМР от содержания магнитных частиц в пластизоли. Площадь под кривой пропорциональна магнитной восприимчивости (проницаемости) образца.

Как следует из рис. 20, с увеличением содержания магнитных частиц в пластизоли эти параметры монотонно увеличиваются, причем для образца содержащего Р-10 они больше, чем для образца с АМАГ. Различие составляет 1.5-2 раза. Величина поглощения одинакова для обоих образцов. Различия результатов, полученных методом РПМ и ФМР, могут заключаться в том, что при исследовании методом РПМ образец находится в постоянном магнитном поле, в результате чего происходит ориентация вектора магнитного момента частиц в направлении внешнего магнитного поля. Наночастицы при этом намагничиваются.

Таким образом, результаты исследования показали, что созданные материалы с одинаковым массовым наполнением, независимо от природы магнитного наполнителя (АМАГ или Р-10) обладают высокими и близкими между собой защитными свойствами.

0 5 5-

(Л

in 5,0-аз ’

Д 4,5-ё> 4,0-

Е 3,5-<и ■ О- 3,0-

■ё 2,5-

I 2,°:

-§ 1,5s> 1,0-

аз ■

I 0,5Г

О 0,0-

0

5 10 15 20 25 30 35 40

content wt.%

Рис. 20. Зависимость площОди под кривойпоглощения: • - для карбонильного железа «Р-10», ■ - для аморфного магнитного сплава «АМАГ».

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

из поливинилхлоридных пластизолей

как показали исследования методом ЭПР и фМР, некоторые различия в свойствах композиций, содержащих аморфный магнитный сплав (АМАг) и карбонильное железо (Р-10), обусловлены различной формой частиц. Показано, что пластизольная технология изготовления композитов обеспечивает высокую степень наполнения, даже при введении частиц крупных размеров порядка 50 мкм и более.

13. ЭФФЕКТЫ СКЕЙЛИНГА И ДРОБНОЙ РАЗМЕРНОСТИ В ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТАХ

В настоящее время идеи математической теории фракталов широко применяются в радиофизике и электронике [24, 25].

Экспериментальное исследование фрактальных свойств полимерных композитов может послужить основой для нового подхода к построению физических моделей таких неупорядоченных структур. Данные композиты представляют значительный интерес во многих практических приложениях. Экспериментально исследовались образцы полимерных композитов на основе поливинилхлоридных (ПВХ) пластизолей в виде пленок толщиной 200 мкм.

В качестве порошкового наполнителя применялись карбонильное железо марки Р-10 и аморфный магнитный сплав АМАг. Содержание наполнителя в образцах С = 0, 10, 20, 30 и 40 массовых процентов. Методом просвечивающей микроскопии были получены изображения структуры полимерных композитов.

как видно из фотографий, образцы представляют собой неупорядоченную структуру микрочастиц в полимерной матрице. С увеличением массовой доли порошкового наполнителя происходит агрегация частиц в кластеры. При этом монотонно изменяются электрофизические параметры материала, например, диэлектрическая проницаемость (рис. 23) и проводимость (рис. 24). При достижении некоторого процента наполнения происходит перколяционный переход, когда отдельные кластеры образуют единую топологически связанную структуру. физические свойства среды в этот момент могут резко измениться.

Диэлектрическая проницаемость монотонно возрастает с ростом содержания наполнителя в материале. Наблюдаемое снижение величины диэлектрической проницаемости с увеличением

а)

в)

г)

Рис.21. Микрофотографии полимерных ПВХ-композитов с порошковым наполнителем из карбонильного железа марки Р-10 и массовой долей: а) 10%, б) 20%, в) 30%, г) 40%.

156

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

г)

Рис. 22. Микрофотографии полимерных ПВХ-композитов c порошковым наполнителем АМАГ и массовой долей: а) 10%, б) 20%, в) 30%, г) 40%.

Рис. 23. Зависимость диэлектрической проницаемости ПВХ-композита от массовой доли наполнителя: 1, 2 (1 кГц) — АМАГ и Р-10 соответственно, 3, 4 (1 МГц) — АМАГ и Р-10 соответственно.

рабочей частоты связано с частотными свойствами сильнополярной ПБХ матрицы и, в меньшей степени, с частотными свойствами наполнителей. Уменьшение удельного объемного сопротивления с ростом содержания наполнителя выражено относительно слабо. Следовательно, перколяци-онный порог электропроводности в исследованном диапазоне концентраций наполнителя не достигается и электропроводящие свойства в основном определяются свойствами ПБХ матрицы.

С помощью разработанных методик [26] и имеющегося массива изображений были исследованы множества дробных размерностей D и фрактальные сигнатуры для различных образцов композитов.

Рис. 24. 'Зависимость удельного объемного сопротивления ПВХ-композита от массовой доли наполнителя: 1, 2- АМАГ и Р-10 соответственно.

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

из поливинилхлоридных пластизолей

б)

Рис. 25. Фрактальные размерности ПВХ-композита: а) на основе Р-10, б) на основе АМАГ. Кривые 1-10 соответствуют размеру измерительного окна при вычислении размерности.

Из рис. 25 видно, что мелкая структура материала (1-5) определяет большие размерности (больше 2-х), а крупные агрегированные кластерные образования (6-10) соответствуют меньшим величинам размерности.

Методы фрактального анализа позволяют восстановить картину объемного распределения мелкодисперсного наполнителя в полимерной матрице по проекционным изображениям нерегулярных структур, а также определить степень агреги-рованности и однородности распределения наполнителя в теле матрицы.

На рис. 26 показан спектр фрактальных сигнатур, которые связаны с яркостными характеристиками изображений на микрофотографиях. Видно, что изменение структуры (в зависимости от степени наполнения) в ПВХ-композите на основе Р-10 происходит нелинейным образом по сравнению с более монотонным поведением кривых для ПВХ-композита на основе АМАг.

-□-1 -0-2 -Д-3 -V-4

О 5 10 15 20 25

d, мкм

а)

основе Р-10, б) на основе АМАГ. Кривые 1-4 соответствуют наполнениям 10%, 20%, 30%, 40%.

Ограничением метода исследования является непрозрачность материала при пересечении порога перколяции. Однако разработанный авторами метод применим без ограничений по концентрации наполнителя при исследовании наноструктурированных полимерных композитных материалов с помощью растровой электронной микроскопии.

Таким образом, с помощью методов фрактального анализа исследовались структурные свойства наполненных полимерных композитов. Показано, что изменения в структуре и топологии материала, которые ведут к изменению физических свойств, можно характеризовать фрактальными параметрами, вычисленными по проекционным изображениям, полученным с помощью различных микроскопических методов.

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

14. ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОГЛОТИТЕЛИ ЭМВ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ ИНТЕРКАЛИРОВАННОГО ГРАФИТА

Разработка эффективных углеродосодержащих радиопоглощающих полимерных материалов с невысокой плотностью является достаточно актуальной задачей особенно в связи с появлением новых форм углерода (фуллерены, нанотрубки, графен), а также новых технологий обработки углеродных материалов.

Для получения из природных графитов углеродных материалов на основе так называемого терморасширенного графита используют интер-каляцию (вклинивание) природных графитов в присутствии минеральных кислот с последующей их термообработкой (терморасширением). При терморасширении интеркалированного графита происходит вспенивание образца, его объем возрастает в десятки и сотни раз, при этом, как показывает микроскопический анализ, поверхность отдельных графитовых частиц значительно увеличивается и приобретает фрактальную структуру (рис. 27).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

использование соединений интеркалирован-ного графита (сиг) в различных массовых концентрациях в качестве наполнителя ПБХ пласти-золей позволяет создавать эффективные поглотители ЭМВ [27, 28]. Разработанные радиопоглощающие материалы на основе ПБХ пластигелевых

Рис.27. Изображение частичек терморасширенного графита, полученное в электронном микроскопе.

композиций представляют собой однородную неупорядоченную дисперсную систему, в которой полимерная матрица является дисперсионной средой, а частицы СИГ — дисперсной фазой. Б работе изготовлены два семейства таких образцов с дисперсным порошком СИГ с массовой долей 2—25% в двух средах — в исходной и во вспенённой ПБХ матрице. Вспенивание происходило при нагревании материалов первого типа за счет терморасширения СИГ. При этом объем материала увеличился в 4—5 раз. Измерение коэффициентов отражения и ослабления ЭМВ СВЧ диапазона в зависимости от массовой доли наполнителя в полимерном композите (рис. 28 и 29) произведено квазиоптическим методом на частоте 30 ГГц (длина

Рис. 28. Зависимость ослабления от массовой доли наполнителя.

Рис. 29. Зависимость коэффициента отражения от массовой доли наполнителя

НАНОСИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

из поливинилхлоридных пластизолей

Ослабление мощности электромагнитного излучения радиопоглощающим материалом происходит за счет поглощения энергии (диэлектрические потери и электропроводность) и рассеяния (структурная неоднородность материала).

Структурная неоднородность вспененных композиций значительно выше, чем у исхо -дного материала, что при наличии в объеме развитых электропроводящих поверхностей приводит к более высоким значениям ослабления.

Оба семейства образцов имеют достаточ -но отчетливый уровень насыщения по кон -центрации: в районе 5 массовых % и 100 дБ/ см для вспененных и в районе 10 массовых % и 50 дБ/см для исходных композиций. Это может быть вызвано наличием перколяцион-ного порога по электропроводности при соответствующих значениях содержания наполнителя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на основе ПВХ-пластизольной технологии изготовлены и исследованы образцы композиционных материалов с магнитными, диэлектрическими и углеродными наполнителями. Показано, что зависимость коэффициента отражения по мощности от массовой доли наполнителя немонотонна. Это позволяет варьировать характеристики поглотителей и подбирать их применительно к конкретным условиям. При исследовании многослойных образцов макетировались различные комбинации слоев, которые могут эффективно использоваться для различных условий функционирования покрытий для снижения радиолокационной заметности различного вида техники.

Показано, что применение в качестве наполнителя полимерной ПВХ матрицы терморасширенного графита с хорошо развитой поверхностью отдельных частиц, позволяет получить достаточно высокие коэффициенты поглощения в широкой полосе частот. При этом вспененные материалы обладают гораздо меньшей плотностью по сравнению с исходными.

ЛИТЕРАТУРА

1. White D.R.J. A Handbook of Electromagnetic Shielding Materials and Performance. - Gainsville: Don White Consultants Inc., 1980.

2. Swab A.J. Electromagnetische Vertraglichkeit. — Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1994.

3. Захарьев Л.Н., Леманский А.А. Рассеяние волн «черными» телами. - М.: Сов. радио, 1972.

4. Olmedo L., Hourquebie P., Jousse F. Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers.-NewYork: Wiley, 1997, v. 3, p. 367.

5. Уфимцев П.Я. Метод краевых волн в физической теории дифракции. - М.: Сов. радио, 1962.

6. Пономаренко А.Т., Рывкина Н.Г., Чмутин И.А. / Межд. науч.-техн. конф. «Полимерные композиты». Сб. трудов. - Гомель, 1998, с. 19.

7. Композиционные материалы. Справочник. Под ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. - М.: Машиностроение, 1990, 512 с.

8. Энциклопедия полимеров. Гл. ред. В.А. Кабанов. - М.: Советская энциклопедия, 1974, с. 541-544.

9. Промышленные полимерные композиционные материалы. Пер. с анг./Под ред. П.Г. Бабаевского. — М.: Химия, 1980. 472 с.

10. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев

Б.М. Электротехнические материалы. - Л.:

Энергия, 1977, 314 с.

11. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы. Под ред. Масумото Ц. Пер. с японского. - М.: Металлургия, 1987, 328 с.

12. Brenner A. and Riddell G. Deposition of nickel and cobalt by chemical reduction // J. Res. Nat. Bur. Stand, 1947, v.39, 385-395 p.

13. Губанов А.И. Физика твердых тел.-М.:1960, т.2,502 с.

14. Chandhari P., Cuomo J.J. and Gambino R.J. Amorphous Metallic Films for bubble domain Applications // IBM J.Res Developm., 1973, 66 p.

15. Orehotsky J. and Schroder K. Magnetic Properties of Amorphous Fe^Gd Alloy Thin Films // J. Appl. Phys., 1972, v. 43, 2413“.

16. Hasegawa R.H., Argyle B.E. and Tao L.-J. Temperature Dependence of Magnetization in Amorphous Gd-Co-Mo Alloys / AIP Conf. Proc., 24, 110, 1974.

17. Mimura Y., Imamura N., Kobayashi T., Okada A. and Kushiro Y. Magnetic properties of amorphous alloy films of Fe with Gd, Tb, Dy, Ho, or Er // J.Appl. Phys., 1978, v. 49, №3, p.1208-1214. /http://ftemk. mpei.fc.ru/ukk/MAGNET/MAG33.HTM.

18. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев

Б.М. Электротехнические материалы. — Л.:

Энергоатом-издат, 1985, 304 с.

КОЛЕСОВ в. в., фионов А. С., ГОРШЕНЕВ В. Н.

НАНОСИСТЕМЫ

19. Казарновский Д.М., Яманов С.А. Радиотехнические материалы. - М.: высшая школа, 1972, 312 с.

20. Берлин А.А. современные полимерные композиционные материалы // соросовский образовательный Журнал, 1995, №1, с.57-65.

21. Блюменфельд л.А., Боеводский Б.Б., семенов ф.Е. Применение электронного парамагнитного резонанса в химии. — Новосибирск: Изд. СО АН СССР, 1962, 240 с.

22. Герсон Ф. Спектроскопия ЭПР высокого разрешения. - М.: Мир, 1973, 325 с.

23. Потапов АА Фракталы в радиофизике и радиолокации: Топология выборки. - М.: Университетская книга, 2005.

24. Фионов А.С., Юрков Г.Ю., Потапов А.А., Колесов в.в., Таратанов Н.А. Перспективные наноструктурированные полимерные композиционные материалы для физических исследований их методами фрактального анализа // Нелинейный мир, 2008, т. 6, № 1, с. 37-41.

25. Потапов А.А., Гуляев Ю.в., Никитов С.А., Пахомов А.А., Герман в.А. Новейшие методы обработки изображений / Под ред. А.А. Потапова.— М.: Физматлит, 2007.

26. Горшенев в.Н., Илюшин А.С., Колесов в.в., Фионов А.С., Петрова Н.Г. Композиционные материалы на основе терморасширенного графита / I Межд. конф. «Функцион. наноматериалы и высокочистые вещества». Суздаль, 29 сент.-3 окт. 2008, Тр. конф. в журнале «Перспективные материалы», дек. 2008, спец. вып. (6), ч. 1, с 351-355.

27. Колесов в.в., Петрова Н.Г., Фионов А.С., Горшенев в.Н. и др. Радиопоглощающие материалы на основе наполненных полимеров. — в кн.: 16 Межд. Крымская конф. «СвЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМи Ко’06). Матер. конф. [Севастополь, 11-15 сент. 2006]. — Севастополь: вебер, 2006, с. 594—595.

Колесов Владимир Владимирович

действительный член РАЕН, к.ф.-м.н., завлаб., ИРЭ им. ВА.Котельникова РАН 125009 Москва, ул.Моховая, 11, корп.7, к.219, тел. (495) 629-3368, [email protected]

Фионов Александр Сергеевич

ИРЭ им. ВА.Котельникова РАН

125009 Москва, ул.Моховая, 11, корп.7, к.216

тел. (495) 629-3368, [email protected]

Горшенев Владимир Николаевич

к.ф.-м.н., с.н.с,

Институт биофизической химии им. Н.М.Эмануэля РАН 119334 Москва, ул. Косыгина, д. 4, тел. (495) 939-7282, [email protected]

НАНОСИСТЕМЫ

THE MODELING OF THE RADIOABSORBING MEDIUM ON THE BASIS OF COMPOSITE MATERIALS FROM THE POLYVINYLCHLORIDE PLASTISOLS

Kolesov V.V., Fionov A.S., Gorshenev* V.N.

Kotel’nikov Institute of Radio-Engineering and Electronics of RAS,

Mokhovaya str, 11, b.7, 125009 Moscow, Russia tel. +7(495) 629-3368, e-mail: [email protected]

*Emanuel Institute of Biochemical Physics of RAS, 119334 Moscow

In the work on the basis of PVC- plastisol technology the samples of composite materials with the magnetic, dielectric and carbonic fillers were prepared and investigated. It was shown that the dependence of reflection coefficient according to the power from a mass fraction of filler was nonmonotonic. This makes possible to vary the characteristics of absorbers and to select them in connection with for specific conditions. It was shown that the application as the filler of the PVC- polymeric matrix the thermo-extended graphite with the well developed surface of separate particles, makes it possible to obtain the sufficiently high absorption coefficients in the broadband.

Keywords: composite materials, plastisols, magnetic fillers, graphite, fractal analysis of structures, shielding microwave.

УДК 546.73:546.733.732

Bibliography — 27 references Received 06.10.2010

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Колесов Владимир Владимирович, Фионов Александр Сергеевич, Горшенев Владимир Николаевич

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Колесов Владимир Владимирович, Фионов Александр Сергеевич, Горшенев Владимир Николаевич

THE MODELING OF THE RADIOABSORBING MEDIUM ON THE BASIS OF COMPOSITE MATERIALS FROM THE POLYVINYLCHLORIDE PLASTISOLS

Текст научной работы на тему «Моделирование радиопоглощающих сред на основе композиционных материалов из поливинилхлоридных пластизолей»