ЗАЩИТНЫЙ ЭКРАН ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01Q17/00 

Изобретение относится к средствам защиты и может быть использовано в устройствах, предназначенных для поглощения и отражения электромагнитного излучения (ЭМИ).

Как известно, ЭМИ является формой энергии, создаваемой магнитными и электрическими полями.

Источниками высокочастотного ЭМИ являются персональные компьютеры, СВЧ-печи и другая бытовая и промышленная радиотехника и средства связи. В настоящее время источник излучения как элемент бытового агрегата, находящийся в рабочем состоянии в непосредственной близости от пользователя, воздействует на организм последнего практически всей мощностью своего источника, без какого-либо ослабления. Степень негативного воздействия источников высокочастотного ЭМИ на здоровье пользователей наряду с другими факторами определяется общей продолжительностью облучения. Опубликованы самые разные исследования о возможных последствиях воздействия на организм человека высокочастотных ЭМИ.

Среди возможных последствий длительного и/или частого пользования, в частности, радиотелефоном, указываются опухоли мозга и лейкемия, заболевания глаз и замедление обмена веществ, расширение кровеносных сосудов и сердечные приступы, дефекты рождения и выкидыши, отрицательное воздействие на иммунную и половую систему мужчин, депрессии и т.д. Кроме того, на организм человека воздействуют и источники, находящиеся за пределами его квартиры - это всевозможные ретрансляторы, радары, локаторы и т.п. Очевидно, что современному человеку, находящемуся в зоне повышенного уровня ЭМИ, необходимо хотя бы на всякий случай обезопасить себя и своих близких, максимально уменьшив степень облучения как от квартирных или рабочих источников, так и от внешних воздействий.

Задача защиты от ЭМИ решается разными способами и средствами.

Известны экранирующие ЭМИ устройства, выполненные из чередующихся отражающих и поглощающих ЭМИ слоев, в которых поглощающие слои выполнены из ферритных материалов или других металлсодержащих материалов [Зарубежная радиоэлектроника, 1979, №7, с.114; SU 1774532, кл. Н 05 К /00; 1990, SU 1786567, кл. Н 01 Q 17/00, 1990; ЕР 353923, H 01 Q 17/00, 1990].

На таком же принципе построено устройство [GB 2181898, кл. Н 01 Q 17/00, НКИ U 1 Q, U 1 S, заяв. 21.10.85, опубл. 29.04.87], которое представляет собой листовой поглотитель, выполненный в виде слоистой структуры, составленной из резистивной ткани, покрытой с наружной стороны защитной пленкой, а к внутренней стороне приклеен слой пенистого поглощающего материала, покрытого тонким слоем алюминия.

Такой поглотитель обеспечивает достаточно хорошее поглощение электромагнитного излучения, но имеет узкий диапазон поглощения только в СВЧ-диапазоне.

Большое распространение получили экранирующие устройства, в которых используются углеродосодержащие материалы [GB 2287836, кл. H 01 Q 17/00, 1993; US 5438333; GB 2234857; JP 6082942, H 01 Q 17/00, 1994].

Одним из таких устройств является поглотитель электромагнитных волн, содержащий материал, состоящий из нитей углеродосодержащего материала типа “углен”, чередующихся с нитями диэлектрического материала [RU №1790795, кл. Н 01 Q 17/00, 1990].

Такой поглотитель позволяет расширить рабочий диапазон длин волн, но содержит сравнительно небольшое количество проводящего материала со сложной ориентировкой нитей, в виде которых изготовлен углеродосодержащий материал, что резко снижает уровень поглощения.

Наиболее близким по технической сущности является поглотитель электромагнитных волн, выполненный из чередующихся слоев, одни из которых образованы волокнистыми углеродосодержащими фрагментами, выполненными из графитированного материала, а другие - из слоев изолирующего материала [Свидетельство РФ на ПМ №14751, кл. Н 01 Q 17/00, публ. 20.08.2000, бюл. №23].

Такой поглотитель обладает довольно высокими поглощающими свойствами, но при такой конструкции требуется согласование длин волн ЭМИ и размеров волокнистых углеродосодержащих фрагментов, что усложняет его использование, к тому же сама конструкция довольно громоздка и сложна в изготовлении.

Кроме того, ни одна, ни другая конструкция не решает проблему нейтрализации воздействия геопатогенных зон.

Задачей заявляемого решения является улучшение экологии путем повышения уровня ослабления ЭМИ, а также нейтрализации воздействия геопатогенных зон с одновременным упрощением конструкции и созданием анизотропии свойств в защитном экране.

Поставленная задача решается тем, что в известном защитном экране, выполненном в виде многослойного пакета, включающем чередующиеся слои из изоляционного материала и расположенные между ними слои из поглощающих электромагнитное излучение материалов, которые выполнены из измельченного на фракции от 6 нм до 15 мм шунгига, связующего и углеродосодержащего материала, графитизированного при температуре 500-1700°С, при соотношении мас.%;

Шунгит 1-98

Углеродосодержащий материал 0,05-95

Связующее 1,95-78,05

В зависимости от длины волны ЭМИ, размеров защищаемой зоны поглощающий слой защитного экрана изготавливается из самых разных сочетаний размеров фракций шунгита, типов, форм и состояний углеродосодержащего материала и связующего.

Поставленная задача решается также тем, что изготовление защитного экрана включает измельчение шунгита на фракции от 6 нм до 15 мм, графитизирование при температуре 500-1700°С углеродосодержащего материала, соединение его связующим с шунгитом, формирование полученного материала в слои поглощающего материала, размещение этих слоев между слоями изоляционного материала, которые далее формируют в многослойные пакеты, так, чтобы наружные слои были из изоляционного материала.

В зависимости от размеров, расположения и степени воздействия геопатогенных зон предложено использовать шунгит, измельченный на фракции разной величины (мм), такие как 6 нм - 0,1 мм, 0,1-1 мм, 1-5 мм, 5-7 мм, 15 мм и 160 мм, и используют в виде смеси графитизированного при температуре 900-1300°С порошка шунгита с размерами частиц 6 нм - 0,1 мм и шунгита с размерами частиц не более 1 мм, в соотношении мас.%, соответственно: 60-80:20-40 или в виде смеси измельченного шунгита с графитизированным измельченным или неизмельченным углеродоволокнистым материалом.

Для повышения уровня ослабления ЭМИ разной интенсивности и длины волны предложено в качестве углеродосодержащего материала использовать графитизированный при температуре 800-1500°С и/или измельченный до половины длины волны излучения и повторно графитизированный углеродоволокнистый материал (950-1700°С). Используется также графитизированный при температуре 500-950°С порошок шунгита с размерами частиц не более 0,8 мм и/или углеродосодержащий материал, состоящий из шестичленных ячеек углерода размером 100-500 , фуллеренов С₆₀ и С₇₀ и/или онионов, нанотрубок, других фуллереноподобных образований, мелкодисперсного кристаллического графита, стекловидных образований и стекловолокон.

Для увеличения поглощающей площади поглощающий слой может быть выполнен из дробленого шунгита, частицы которого соединены в виде правильных пирамид высотой не более 160 мм, кратной 4.

Для удобства изготовления предложено поглощающий слой выполнять состоящим, по крайней мере, из двух соединенных между собой подслоев толщиной не более 1-1.5 мм, плотностью 1.2-2.2 г/см³, собранных из измельченного шунгита с размерами частиц 0.1-1.0 мм. Эти подслои можно изготовить прессованием, например, в закрытой матрице и/или прошивным прессованием. Подслои могут быть соединены между собой, например, склеиванием через пленочный диэлектрик и/или пироуглеродные и пирографитовые пленки.

Для обеспечения высокой проводимости поглощающего одного или нескольких подслоев они могут быть выполнены из пленочного диэлектрика, на который нанесен углеродосодержащий материал.

В зависимости от источника излучения и защищаемого объекта в качестве связующего использован или цемент, или пластмасса, и/или застывающий герметик, и/или клей, а для того, чтобы при этом не снизить поглощающие свойства материала, связующее должно быть обогащено измельченным и/или измельченным и графитизированным порошком шунгита и/или графитизированным углеродоволокнистым материалом.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное решение отличается использованием для создания поглощающего слоя шунгита, соединенного связующим с углеродосодержащим графитизированным материалом, что позволяет судить о соответствии критерию “новизна”

Сущность изобретения заключается в следующем.

Как известно, углерод (С), расположенный в четвертой группе второго периода системы элементов, является единственным элементом, у которого валентность и координационное число совпадают.

Валентность - это способность атома химического элемента образовывать химические связи с другими атомами, а координационное число – это число ближайших к данному атому соседних атомов, находящихся от него на одинаковом расстоянии). Благодаря такой особенности углерод имеет возможность образовывать соединения практически с любым числом атомов в цепи, в которой может быть любое число кратных связей, и в любом сочетании. Соединения углерода встречаются на Земле повсюду: в земной коре как горючие ископаемые (уголь, природный газ, нефть и др.), в атмосфере - углекислый газ, в любом живом организме, так как энергия, необходимая организму, образуется в клетках за счет окисления углерода.

До недавнего времени были известны две естественные кристаллические модификации углерода: графит и алмаз. Алмаз, в отличие от графита, не содержит кратных связей. Он характеризуется совершенно правильной кристаллической структурой с одинаковыми расстояниями между всеми соседними углеродными атомами. Благодаря структуре алмаз обладает исключительной твердостью.

Графит имеет гексагональное строение. Атомы углерода расположены в вершинах правильных, плотноупакованных в плоскости, шестиугольников (гексагонов или шестичленных циклов). В каждой плоскости имеется один слой атомов, расположенных указанным образом. Такие плоскости называются базисными. Каждый атом в базисной плоскости связан с тремя соседними и находится от них на расстоянии 1.42 . Кристалл графита состоит из множества базисных плоскостей (слоев), расположенных параллельно одна другой. Порядок расположения атомов внутри слоя повторяется через один слой в 80% случаев, через 2 слоя - в 14% случаев. Расстояние между слоями -3.35 , а энергия связи между ними - 20 ккал/г-атом, в то время как энергия связи между атомами составляет 120 ккал/г-атом. Длины связей между слоями больше, чем внутри слоев, что выражает делокализацию электронов и появление у графита частичных металлических свойств.

Размер кристаллита графита не превышает 600 . В кристаллите сажи атомы расположены упорядоченно только в двух направлениях, лежащих в плоскости слоя; в третьем направлении упорядоченность отсутствует. В плоскости сажевого кристаллита атомы углерода расположены так же, как и у графита, с тем же расстоянием между ними (1.42 ). Расстояние между слоями в саже больше, чем в графите, и составляет 3.45-3.70 . Углерод может переходить из одной модификации в другую. Процесс перехода углеродистых материалов в состояние более высокой кристаллографической упорядоченности называется графитизацией.

Обычно графитизация углеродистых материалов проводится при температурах от 500 до 3000°С, причем для различных веществ она протекает по-разному.

Электрофизические свойства графита определяются его структурой. Как было указано ранее, графит имеет гексагональную слоистую структуру. Связи внутри каждого слоя имеют ковалентный характер. Орбиты (2Pz) образуют полосу электронной проводимости, которая обладает крайне анизотропными свойствами. При нагреве нефтяного кокса до 500-800°С электросопротивление его уменьшается в миллиард раз. Это явление можно объяснить тем, что в материале происходит интенсивное выделение летучих соединений, что приводит к разрыву периферийных связей и образованию неспаренных электронов. В монокристалле графита отдельные слои представляют собой двумерный металл с эффективной массой носителей тока, равной массе свободного электрона. В направлении, перпендикулярном слоям, графит является полупроводником. Таким образом, электрический ток в графите переносится как электронами, так и положительными дырками, а его сопротивление определяется концентрацией носителей тока и их средним свободным пробегом. Из этого следует, что электрические свойства графита в зависимости от направления могут быть различными, причем анизотропия будет тем больше, чем выше структурное совершенство рассматриваемого сорта графита. Для пирографита электросопротивление в направлении оси, параллельной осаждению, составляет 5×10^-3, а в перпендикулярном направлении - 2,5×10²-2,5×10⁴ Ом·мм²/м, для монокристаллического графита - соответственно 0,4 и 100 Ом·мм²/м. Влияние температуры графитизации на удельное электросопротивление при комнатной температуре можно наблюдать на примере графита марки ГМЗ: при температуре графитизации 1200, 2200, 2700, 3000°С удельное сопротивление равно соответственно 45, 23, 14 и 12 Ом·мм²/м.

Положение минимума на температурной зависимости электросопротивления зависит в том числе от температуры графитизации (чем выше температура графитизации, тем меньшее значение имеет величина электросопротивления при одной и той же температуре и минимум образуется при более низкой температуре измерения), сортам графита и кристаллитов, размеры которых, в свою очередь, зависят от температуры и временной диаграммы графитизации (т.е. технологии графитизации), а также от исходной шихты.

Широкое применение получили в последнее время такие новые виды углеграфитовых материалов, как пироуглерод, пирографит, нитевидный графит, стеклоуглерод. Обычно материал, получаемый при более низких температурах пиролиза (разложения) и осаждения (в пределах 1000-1200°С, где достигается максимальная плотность осадка), называют пироуглеродом, а при высоких (2100-2300°С) - пирографитом. Большая плотность пленок при 1000-1200°С объясняется тем, что пиролиз идет на наиболее активных атомах углерода и образуемая при сравнительно небольшой скорости разложения углеродная структура достаточно упорядочена. Плотность падает до значения 1,2 г/см³ при температуре осаждения 1700°С. При дальнейшем повышении температуры начинается процесс графитизации, который вновь приводит к упорядочению структуры осадка и повышению плотности до 2,2 г/см³. Такой материал, у которого плотность приближается к теоретической плотности графита, обладает свойствами, аналогичными монокристаллу, т.е. очень большой анизотропией свойств в различных направлениях и экстремальными значениями электросопротивления, теплопроводности, прочностных, поглощающих ЭМИ и др. свойств. Поэтому пироуглеродные и пирографитовые пленки используют не только как самостоятельный материал, но и для улучшения качества обычного графита. Такая же совершенная структура наблюдается и на так называемых нитевидных волокнах графита.

Технология производства, как уже упоминалось, существенно влияет на свойства графита и других углеграфитовых материалов. О роли графитизации говорилось. Описанная выше структура графита предопределяет неопределенность свойств в различных направлениях (анизотропию). В зависимости от технологических приемов получения компактного графита его частицы могут получать предпочтительную ориентацию. Так, при прессовании в закрытой матрице они располагаются длинной стороной перпендикулярно усилию прессования, а при изготовлении изделий прошивным методом частицы ориентируются вдоль оси прессования, образуя соответствующую текстуру. Наибольшей текстурированностью обладает поверхностный слой толщиной 1 мм, так называемая “корка”. Текстурированностью слоев 2-4 мм, непосредственно примыкающих к “корке”, ниже, чем в среднем по заготовке. В остальном объеме она плавно уменьшается к центру. Наиболее сильно анизотропия проявляется на осажденных пленках графита и углерода, где отношение величин различных свойств может достигать 1000 и более. Для получения большой анизотропности производится многократное измельчение и отбор нужной фракции уже графитизированного материала с последующей пропиткой и дополнительной графитизацией. (Э.Н. Мармер. Справочник. М.: Металлургия, 1973, с.7-24). Чем выше дисперсность материала, тем больше будет величина электросопротивления при низких температурах.

Электросопротивление сажи зависит от температуры предварительной обработки. При нагреве сажи до температуры 950°С поверхносгь частиц освобождается от адсорбированных веществ. Вследствие этого при температурах около 1200°С наблюдается минимум электросопротивления, величина которого для различных сортов имеет значения 2-4·10 Ом·мм²/м. При нагреве сажи до более высоких температур электросопротивление увеличивается и достигает максимума при температурах 2500°С, значения которого находятся в пределах 4-8·10³ Ом·мм²/м.

Электросопротивление графитовой крупки, состоящей из частиц 0.8 мм с насыпной массой 0,74 г/см³, составляло 5·10⁴ Ом·мм²/м. После укрупнения крупки до объемной массы 1.2 г/см³ электросопротивление снизилось до 40 Ом·мм²/м. Электросопротивление графитовой ваты в неуплотненном состоянии (объемная плотность ~0.1 г/см³) равно 2·10⁴, а в уплотненном до 0,35 г/см³ - 4·10³Ом·мм²/м.

Во второй половине XX века была открыта новая форма существования углерода, а именно устойчивая структура полого замкнутого иона, состоящего из 60 атомов углерода. В 1966 году в статье, опубликованной в журнале “New Scientifist”, Д. Джоунс написал о “полой молекуле”, состоящей из закрученных слоев графита. В 1973 году советские химики Д.А. Бовчар и Е.Г. Гальперин фактически предсказали возможность существования устойчивого замкнутого иона, состоящего из 60 атомов углерода. Но датой открытия новой формы существования углерода считается дата опубликования работы Роберта Ф.Керла и Ричарда Э.Смолли (Успехи науки, 1991, N 12), в которой молекула была зарегистрирована как кластер с магическим числом атомов в ней. Это послужило началом для исследований различных свойств данного кластера. В результате была надежно установлена замкнутая сферическая структура молекул C₆₀, объясняющая ее повышенную стабильность. Оказалось, что наиболее устойчивая структура сферической оболочки - это сочетание пяти- и шестиугольников, а именно 12 правильных пятиугольников и 20 неравносторонних шестиугольников. Все 90 сторон данной сферической оболочки имеют одинаковую длину, а все атомы углерода в молекуле С₆₀ находятся в равнозначном положении, так что каждый атом принадлежит одновременно двум шестиугольникам и одному пятиугольнику. Эта фигура (так же, как и покрышка футбольного мяча) имеет таким образом, симметрию усеченного икосаэдра Икосаэдр - самый симметричный из пяти правильных многогранников (платоновых тел, которые считались символами пяти первоэлементов) - ассоциировался с “квинтэссенцией”, первоэлементом эфира. Возможно поэтому среди рисунков Леонардо да Винчи можно увидеть “молекулы С₆₀”. Наряду с этим было показано, что повышенной стабильностью обладает также молекула С₇₀, имеющая форму замкнутого сфероида, больше напоминающую форму мяча для игры в регби. В молекуле С₇₀ имеется пять разных, в отличие от молекулы С₆₀, позиций атомов. Вскоре после данного открытия путем термического разложения графита ученым удалось синтезировать новое вещество, молекулы которого имели сферическую форму. Так появились фуллерены. Происхождение этого термина связано с именем американского архитектора Букминстера Фуллера, который применял такие структуры при конструировании куполообразных зданий. Эти архитектурные конструкции напоминают структуру молекул С₆₀. Способ получения фуллеренов основан на термическом разложении графита в умеренных условиях, когда нарушаются связи между отдельными слоями графита, но не проходит разложение испаряемого углерода на отдельные атомы. При этих условиях испаряемый графит состоит из фрагментов - полициклических сетевых кластеров, образовавшихся из монослоев углерода, представляющих шестиугольные конфигурации атомов углерода, похожие на лоскуты проволочной сетки. Они вступают в реакцию с другими подобными лоскутами и могут увеличиваться даже до размеров, когда их можно наблюдать визуально. В конденсирующихся парах углерода у “свободно” парящих графитовых листов нет атомов для присоединения к концевым связям. Следовательно, такие структуры не должны оставаться плоскими. Стремление перейти в устойчивое состояние вынуждает их закручиваться, образуя замкнутые структуры.

Для разложения графита при получении фуллеренов используются либо электрический нагрев графитовых электродов путем создания дуги в атмосфере гелия, либо лазерный разогрев поверхности графита. Поток фрагментов графита, образующихся в результате термического испарения поверхности графита, содержит, наряду с кластерами С₆₀ и С₇₀, большое количество более легких кластеров с четным числом атомов углерода. При соответствующих условиях значительная часть этих кластеров преобразуется в кластеры С₆₀ и С₇₀. Смесь С₆₀-С₇₀ называют фуллеритом. Она представляет собой достаточно прозрачный темно-коричневый (до черного) кристаллический осадок в виде небольших стерженьков, таблеток, гексагональной формы снежинок.

Этот осадок - результат испарения растворителя (бензола или толуола) из сажи, полученной в вакуумной камере. Открыта возможность эффективного синтеза С₆₀ при сжигании бензола в специальных камерах при температуре 1500°С, в результате пиролиза нафталина в кремниевой трубке. Предложено получать фуллерены из жидкокристаллической метафазы, получаемой в качестве отхода при пиролизе углей. Это смолистое вещество - продукт непрерывной гидрогенизации бурого угля при давлении 100 атм. Лазерное облучение поверхности метафазы приводило к образованию летучей фазы с большим содержанием С₆₀.

Недавно установлено, что для получения заметных количеств С₆₀ можно использовать коптящее пламя. (О.А. Рысьев. Шунгит - национальный камень России. - СПб., 2000, с.32-38).

На сшивку сферических структур могут влиять самые различные факторы. Так, если графитовые электроды поместить не в атмосферу аргона, а в толуол, то в результате пропускания разряда постоянного тока в дуге раствор насытится кластерами с числом атомов от 4 до 76. Наибольшей концентрацией характеризуются кластеры С₅₀, количество которых в 8 раз превышает количество фуллеренов С₆₀. Фуллерены в бескислородной среде отличаются высокой химической инертностью и стабильностью до температуры 1700К. Однако в присутствии кислорода, в частности, на открытом воздухе окисление этой формы углерода, сопровождающееся выделением СО и СО₂, наблюдается уже при 500К. Дальнейшее повышение температуры до 700К приводит к окончательному разрушению упорядоченной структуры С₆₀.

Так как углерод обладает способностью давать соединения с практически любым числом атомов в цепи, в которой может быть любое число кратных связей и в любом сочетании, то до настоящего времени в молекулы фуллеренов удалось внедрить атомы элементов почти половины таблицы Менделеева и получить семейство новых соединений, названных эндроэндральными.

В последнее время большое внимание привлечено к выделению и изучению фуллеренов с η>60, получивших название гигантских, или гиперфуллеренов. До настоящего времени удалось выделить в количестве, достаточном для изучения, фуллерен С₇₆. В процессе образования фуллеренов из графита образуются также и другие структуры, составленные из шестичленных ячеек углерода.

Эти структуры являются замкнутыми и полыми внутри. Среди них выделяются наночастицы и нанотрубки. Наночастицы - замкнутые структуры, подобные фуллеренам, но значительно превышающие их по размерам. В отличие от фуллеренов они могут содержать несколько слоев. Такие сфероидальные многослойные структуры получили название онионы - луковицы. Нанотрубки - вытянутые структуры, состоящие в основном из шестичленных колец углерода. Это многослойные протяженные структуры. Расстояние между слоями, как и в графите, 0.34 нм. Встречаются и однослойные с диаметром от 1 до 6 нм. Нанотрубка образуется при скручивании в трубку протяженных графитовых листов - лоскутов. В простейшем случае нанотрубка имеет цилиндрическую симметрию. Возможна и хиральная симметрия, когда наблюдается относительное смещение соединяемых сторон на конечное число шестиугольников. Получают нанотрубки конденсацией газообразного углерода в вакууме или инертном газе. Среди многих интересных свойств нанотрубок выделяются, например, прочность, в сотни раз большая, чем у стали, а также высокая проводимость, сравнимая со сверхпроводимостью [“Компьютеры”. Компьютерный еженедельник. 18.10.1999 г., №32].

При особых условиях испарения гидролизного графита “выход” нанотрубок может достигать процентов от веса осевшего сажистого материала.

Как уже отмечалось, фуллерены и другие замкнутые образования, составленные из шестичленных ячеек углерода, являются новой формой существования последнего с приобретением новых и усилением имеющихся у графита физико-химических свойств. Шестиугольники, которыми выложена сферическая или сфероидальная поверхность молекул фуллеренов, имеют те же размеры, что и шестиугольники, входящие в состав графита. Поэтому рассмотренные выше фуллерены, фуллериты, фуллериды (фуллериты, легированные металлическими или другими присадками), фуллероиды (продукт синтеза органических соединений с фуллеренами) и другие подобные образования, в первую очередь нанотрубки, нанокристаллы, нанопроволока и т.п. (как результат использования нанотрубок), в том числе и не в последнюю очередь из-за “практически сверхпроводимости”, применимы и особо интересны для технологий защиты от ЭМИ.

Материалом, который содержит в себе практически все (и более) вышеперечисленные образования и который может быть использован для защиты от ЭМИ, является природный минерал шунгит. Его природные свойства позволяют использовать его для целей ослабления воздействия ЭМИ и в естественном виде. В то же время представленный выше обзор дает основание и возможность для усиления рассматриваемых качеств и свойств, в частности, путем графитизации в “персональном” технологическом процессе.

Шунгиты представляют собой природные углеродосодержащие образования. Формирование их происходило в протерозойскую эру (т.е. более 2 млрд. лет тому назад). Содержание углерода в разных шунгитах составляет от 2 до 98%. В высокоуглеродистых шунгитах углерод присутствует в виде глобул размером 100-500 , других образований, в том числе кристаллического графита, стекловолокна, стекловидных соединений, и образует в нем электропроводную матрицу. Шунгиты образуют особую форму аморфного углерода в ряду известных представителей некристаллического углерода: сажи, стеклоуглерода, графитовых волокон, пленок, пироуглерода, мягкого углерода и др. (О.А. Рысьев. Шунгит - национальный камень России. - СПб., 2000, с.42-43).

В шунгитах в виде кластеров и металлоорганических соединений также присутствуют металлы Fe, Ni, Ti, Ag и др., а также Se. Среди органических веществ были идентифицированы ряд жирных кислот, моно- и полициклических углеводородов, бифенил и его производные. После открытия фуллеренов в одной из лабораторий Аризонского университета были исследованы пробы карельских шунгитов и было доказано, что карельский шунгит содержит фуллерены. Присутствие в шунгитах фуллеренов свидетельствует о прохождении графитоподобного углерода через стадию плазмы. В шунгите были обнаружены многослойные пустотные глобулы углерода как фуллереноподобные образования размером 6-10 нм, молекулы С₆₀ и С₇₀, ряд других незамкнутых (незавершенных) кластеров из шестиугольных фрагментов углеродных соединений.

Выход глобул углерода в воду можно наблюдать, подвергая воздействию ультразвуком шунгитовый щебень, помещенный в воду. Вода мгновенно чернеет. При добавке в такую воду нескольких капель изобутилового спирта происходит схлопывание глобул в черные хлопья, и вода снова становится прозрачной.

Шунгит обладает также уникальными целебными свойствами и релаксационно-оздоравливающим эффектом. Его используют для оборудования релаксационных гротов в восстановительной терапии, в качестве изоляционно-строительного материала. [О.А. Рысьев. Шунгит - камень здоровья. - СПб.: ТЕССА, 2001, c.41-82].

Было также установлено, что шунгит обладает свойствами нейтрализации геопатогенных зон, в связи с чем может быть использован для защиты людей, находящихся в этих зонах [О.А. Рысьев. Шунгит - камень здоровья. - СПб.: ТЕССА, 2001, с.41-82]. Так как геопатогенные зоны бывают как естественные (природные), так и искусственные - техногенные, связанные с работой телевизоров, компьютеров, факсов, линий высоковольтных передач, работой РЛС и т.п., то использование шунгита в материалах для изготовления экранов, облицовочных панелей, чехлов и т.д. имеет двойное назначение (может быть использован и для защиты от воздействия геопатогенных зон),

Все вышесказанное позволило предположить, что природный шунгит можно использовать как материал, из которого можно изготовить экран как для защиты от ЭМИ, так и для нейтрализации геопатогенных зон с релаксационно-оздоровляющим эффектом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых показана схема сравнительного эксперимента по определению уровня поглощения при использовании заявляемого экрана и известного. На фиг.1 - эксперимент, где использовался экран с плоскими изоляционными слоями, на фиг.2 - экран с изоляционными слоями в виде гофр, а на фиг.3 - экран с поглощающими слоями в виде пирамидальных ячеек.

Схема эксперимента включает экран 1, содержащий изоляционные слои 1, 2 и поглощающий слой 3, источник излучения 4, размещенный перед экраном, и приемник 5, установленный за экраном.

Исследования используемых в настоящее время углеродосодержащих материалов показали, что более эффективной будет защита от воздействия ЭМИ, если и поглощающие, и изоляционные слои экрана будут выполнены с анизотропией свойств в различных направлениях. Для этого, во-первых, поглощающие слои изготавливают как из первоначально графитизированных в определенных температурных режимах, так и из графитизированных повторно после измельчения до определенного состояния и в условиях “персональных” технологических процессов, а также подвергшихся и первой, и второй обработке специально подобранных углеродосодержащих волокнистых материалов.

Во-вторых, поглощающие слои можно изготовить из подобранных и подготовленных определенным образом и с заданными характерными размерами и параметрами удельной электропроводности в разных направлениях и удельной плотности компонентов и подслоев природных углеродных минералов или искусственно создаваемых углеродных соединений и образований высшего порядка типа фуллерен, нанотрубка или онион с возможностями графитизации в выбранных, не допускающих распада углеродных соединений и образований высшего порядка режимах. В третьих, используя в качестве связующих ингредиентов компоненты с изменяющейся диэлектрической проницаемостью, находящиеся в растворах при приготовлении смесей из вышеуказанных смесей для затвердевания и различных комбинациях состояний и составов.

Изготовить защитный экран, в котором поглощающий слой содержит шунгит, можно следующим образом.

Предварительно измельчают шунгит на фракции от 6 нм до 15 мм и добавляют к ним в углеродосодержащий материал, графитизированный при температуре 500-1700°С. После этого соединяют графитизированный материал и шунгит связующим в соотношении:

Шунгит 1–98

Углеродосодержащий материал 0,05-95

Связующее 1,95-78

Полученную смесь формируют в слои, которые размещают между слоями изоляционного материала, которые далее формируют в многослойные пакеты.

В качестве углеродосодержащего материала могут быть использованы и/или приготовленные образования типа кластеров, фуллеренов, онионов, нанотрубок, как по отдельности, так и в различных сочетаниях, состоящих из шестиугольных фрагментов незамкнутых углеродных соединений, например, сажу.

В зависимости от того, какой утлеродосодержащий материал используется, его графитизируют один раз или несколько. Так как графитизированный шунгит отличается по своим свойствам от природного шунгита, то его относят к углеродосодержащему материалу и графитизируют один раз при температуре 500-950°С.

Поглощающие слои можно также изготовить перемешиванием измельченного шунгита с углеродосодержащим волокнистым, измельченным и/или неизмельченным материалом, который графитизируют первый раз при 800-1500°С и повторно после измельчения при 900-1700°С, и/или неволокнистым типа фуллеренообразований материалом. Полученную смесь соединяют связующим в определенных пропорциях с дальнейшим покрытием из диэлектрических, пироуглеродных или пирографитовых пленок.

Чтобы получить большую поглощающую поверхность, полученную массу предлагается сформировать в виде пирамид.

Поглощающие слои формируют из подслоев, которые изготавливают из измельченного шунгита с размером частиц 0,1-1 мм в виде подслоев, толщиной 1-1.5 мм и плотностью 1,2-2,2 г/см³, например, прессованием в закрытой матрице или прошивным прессованием. На эти подслои наносят или напылением, или наклеиванием графитизированный углеродосодержащий материал, например, в виде измельченного волокна, сажи, фуллеренов, нанофубок и других углеродных образований высшего порядка.

Полученные подслои соединяют в поглощающий слой, например, склеиванием, через пленочный диэлектрик. Затем формируют многослойные пакеты, в которых чередуют изоляционные слои и поглощающие слои, так чтобы наружные слои были из изоляционного материала.

Защитный экран может быть также выполнен, например, в виде плиты толщиной oт 2-4 до 100-200 мм (линейные размеры могут быть произвольными, в зависимости от конкретных условий и объектов защиты: 100×100 мм, 250×300 мм, 600×1000 мм и т.д.), содержащей встроенную одно- или многослойную пластину, которая может быть выполнена, в частности, для сравнительных экспериментов и измерений, с использованием подвергнутой дополнительной обработке ткани, которая ослабляет интенсивность проникновения высокочастотных импульсов от источника к пользователю (с нанесенным на нее слоем шунгита).

Были проведены несколько серий экспериментов с использованием генератора-приемника высокочастотных излучений типа SMV 8.5, которые включали:

1) настройку на заданную частоту высокочастотного генератора и устойчивый прием данной частоты с контролем по шкале индикации приемника с замером амплитуды сигнала;

2) установку возле передающей антенны на расстоянии, значительно меньшем полудлины волны (5-7 мм), технологических образцов экранов и замеры амплитуды сигнала на приемнике для той же частоты генератора;

3) переход на другую частоту излучений и повторение всех выше перечисленных операций.

В испытаниях были использованы следующие технологические образцы:

образец N1: скрепленная затвердевающим связующим панель 300×400 мм (толщиной 4 мм), состоящая из трех листов графитизированного углеродоволокнистого материала, покрытая снаружи (со всех сторон) декоративным пленочным диэлектриком;

образец N2: эластично-жесткая, скрепленная затвердевающим со временем связующим (силиконовым герметиком “Квадросил ацетат”) панель 300×300 мм и толщиной 3 мм из молотого (до размеров фракций ≤1 мм) необогащенного шунгита, подпрессованного с вышеуказанным жидким связующим (до его застывания);

образец N3: жесткая, скрепленная затвердевающим со временем связующим (силиконовым герметиком “Квадросил ацетат”) панель 300×300 мм и толщиной 5 мм из дробленого (до размеров ≤5 мм) необогащенного шунгита, подпрессованного со связующим после перемешивания.

Ниже приведены результаты одного из экспериментов по определению уровня ослабления. В процессе неоднократно проведенных замеров получены следующие близкие друг к другу (±2% рассогласования) параметры:

1. Определение “выходных” характеристик.

1.1. Амплитуда сигнала при настройке генератора на частоту 700 МГц и согласовании приемника составляла 54.0 dB.

1.2. Для частоты 900 МГц амплитуда сигнала составляла 69.0 dB.

1.3. При частоте 1000 МГц амплитуда сигнала была 69.5 dB.

2. Определение уровней сигналов при установке образца N1.

2.1. При настройке генератора на частоту 700 МГц - 39 dB.

2.2. При настройке генератора на частоту 900 МГц - 53 dB.

2.3. При настройке генератора на частоту 1000 МГц - 52 dB.

3. Определение уровней сигналов при установке образца N2.

3.1. При частоте 700 МГц уровень замеренного сигнала - 40 dB.

3.2. При частоте 900 МГц - 55 dB.

3.3. При частоте 1000 Мгц - 54 dB.

4. Определение уровней сигналов при установке образца N 3.

4.1. При частоте генерируемой перед образцом ЭМ волны 700 МГц уровень регистрируемого сигнала составлял - 39 dB.

4.2. При частоте генерации 900 МГц - 54 dB.

4.3. При частоте излучения 1000 МГц - 53 dB.

Оценка относительной достоверности результатов измерений производилась с помощью металлической фольги аналогичных размеров. Результаты измерений согласуются с теоретическими данными для металлической пластины с точностью ±10%.

Эти эксперименты показали, что снижение интенсивности ЭМИ было в образцах №2 и №3 не ниже, чем при использовании известного материала в образце №1.

Результаты испытаний показали существенное ослабление интенсивности в ближней зоне за экраном и то, что представленные экраны могут быть успешно использованы в качестве защитных поверхностей в квартире (комнате), для защиты от высокочастотных электромагнитных излучений компьютеров, СВЧ-печей, радиотелефонов и других источников. Возможны и другие области применения, где требуется ослабление или ограничение приема или передачи сигналов от источников высокочастотных колебаний.

Кроме того, использование таких защитных экранов позволяет защитить помещение от несанкционированного доступа и съема информации с систем, работающих в диапазонах высокочастотных ЭМИ. Защитный экран для ослабления воздействия и проникновения высокочастотных электромагнитных излучений является декоративным и/или строительным, встроенным внутренним или наружным элементом конструкции, прикрепленным к стене, перегородке между пользователем и боковыми стенками компьютера, СВЧ-печи и т.п.

Использование шунгита в защитном экране позволяет не только ослабить ЭМИ, но и снизить воздействие геопатогенных зон, придать этим экранам уникальное целебные свойства.

Изобретение относится к средствам защиты от электромагнитного излучения. Технический результат заключается в ослаблении электромагнитного излучения и в снижении воздействия геопатогенных зон. Сущность изобретения заключается в создании многослойного пакета, включающего изоляционные слои и слои, поглощающие электромагнитное излучение, выполненные из материала, в который включен измельченный шунгит, графитизированный при температуре 500-1700°С, углеродоволокнистый материал и связующее. 2 с. и 59 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Защитный экран от воздействия электромагнитного излучения, выполненный в виде многослойного пакета, включающего чередующиеся слои из изоляционного материала и расположенные между ними слои, поглощающие электромагнитное излучение, выполненные из измельченного на фракции от 6 нм до 15 мм шунгита, углеродосодержащего материала, графитизированного при температуре 500÷1700°С, и связующего при соотношении, мас.%:

Шунгит 1÷98

Углеродосодержащий материал 0,05÷95

Связующее 1,95÷78,05

27. Защитный экран по п.1, характеризующийся тем, что поглощающий слой выполнен из углеродосодержащего материала, состоящего из многослойных пустотных глобул из шестичленных ячеек углерода, величиной 100-500 , а также мелкодисперсного кристаллического графита, стекловидных образований и стекловолокна, и/или фуллеренов С₆₀ и С₇₀, и/или онионов, и/или кластеров, и/или нанотрубок, и/или фуллеритов, и/или фуллеридов, и/или фуллероидов, смешанных со связующим (10÷29% общей cухой массы).

Шунгит 1÷98

Углеродосодержащий материал 0,05÷95

Связующее 1,95÷78,05

формирование полученного материала в слои поглощающего материала, последующее размещение этих слоев между слоями изоляционного материала, дальнейшее формирование пакетов так, чтобы наружные слои были из изоляционного материала.