РАДИОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2009 года по МПК H01Q17/00 

Предлагаемое изобретение относится к области техники экранирования электромагнитного излучения, в частности к радиопоглощающим материалам, применяемым при создании технических средств автоматической аппаратуры.

Известно радиопоглощающее покрытие, материал которого получают путем совмещения полимерного связующего и ультрадисперсного поглощающего наполнителя, в качестве которого используются спеченные частицы феррита, осажденного из водного раствора, и частицы феррита, полученные наномолекулярным наслаиванием из газовой среды [1].

Известна композиция, в которой порошковый материал для поглощения электромагнитного поля представляет собой феррит с размером частиц около 8,0 мкм. Состав феррита, мол.%: 65-85 Fe₂О₃; 2-20 MnO; 10-20 ZnO [2].

Известна композиция, в которой поглощающий материал в качестве магнитной фазы содержит порошок феррита в виде никель-цинковой феррошпинели состава, мол.%: 49-50 Fe₂О₃; 32-35 ZnO; 9-14 NiO, а в качестве диэлектрической фазы он дополнительно содержит до 10 вес.% МоО₃ [3].

Известно радиопоглощающее покрытие, где в качестве диэлектрического связующего используют олигофенилсилсеквиоксандиметилсилоксановый блок-сополимер, а в качестве поглощающего наполнителя используются углеродное волокно или магнитный наполнитель, материал покрытия может содержать стеклянные сферы [4].

Известен радиопоглощающий материал, содержащий полимерное связующее и порошковый наполнитель, состоящий из смеси карбонильного железа, феррита и фуллерена в определенных соотношениях [5].

Известно радиопоглощающее покрытие, содержащее полимерное связующее, выбранное из ряда полиолефинов, и электропроводящий порошковый наполнитель, представляющий собой продукт модификации графита концентрированными серной и азотной кислотами [6].

Известен радиопоглощающий материал, в котором в качестве связующего используется пенополиуретан, а в качестве поглощающего наполнителя технический углерод [7].

Известно радиопоглощающие покрытие, материалом которого является синтетический клей "Элатон" на основе латекса, содержащий в качестве магнитного наполнителя порошкообразный феррит или карбонильное железо при соотношении компонентов, мас.%: синтетический клей "Элатон" на основе латекса 80-20, порошкообразный феррит или карбонильное железо 20-80 [8].

Известна композиция, состоящая из полимерного связующего и радиопоглощающего наполнителя. В качестве радиопоглощающего наполнителя применяются миниатюрные стеклянные пластинки, на поверхность которых осаждены кристаллы бариевого феррита [9].

Однако недостатком вышеуказанных материалов является то, что входящие в их состав радиопоглощающие компоненты (или часть компонентов) распределены в матрице диэлектрического связующего в такой форме, которая препятствует максимальному проявлению квантовых эффектов, в том числе эффекту флуктуации электронных плотностей. Отсутствие таких эффектов снижает поглощающие свойства материала.

Наиболее близким аналогом заявляемого материала является материал, содержащий диэлектрическое связующее, стеклянные микросферы, электропроводящие волокна и дополнительно содержащий стеклянные металлизированные микросферы (микрогранулы) с полимерным покрытием [10].

Недостаток этого материала заключается в том, что он содержит наполнители, способные поглощать только электрическую составляющую электромагнитного излучения радиоволнового диапазона. Кроме того, структура наполнителя также не предполагает проявления квантовых эффектов. Вышесказанное приводит к снижению поглощающих свойств материала.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение радиопоглощающих свойств материала как по электрической, так и по магнитной составляющей электромагнитного излучения радиоволнового диапазона.

Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый радиопоглощающий материал на основе полимерного диэлектрического связующего содержит введенные в него вещества, поглощающие электрическую и магнитную составляющие радиоволнового излучения, в составе микрогранул, матрицы которых являются прозрачными для излучения радиоволнового диапазона, причем каждый вид микрогранул содержит только одно радиопоглощающее вещество, равномерно распределенное во всем их объеме в форме нанокластеров.

На чертеже показана структура радиопоглощающего материала. Радиопоглощающий материал состоит из полимерного диэлектрического связующего 1, содержащего в качестве порошкового наполнителя микрогранулы различных типов. Матрицей микрогранул может быть любое твердое вещество, прозрачное для электромагнитного излучения радиоволнового диапазона. Микрогранулы 2 содержат вещество, способное поглощать электрическую составляющую радиоволнового излучения, причем это вещество равномерно распределено в объеме микрогранулы в форме нанокластеров. Микрогранулы 3 содержат вещество, способное поглощать магнитную составляющую радиоволнового излучения, причем это вещество равномерно распределено в объеме микрогранулы в форме нанокластеров. Микрогранулы 4 состоят целиком из вещества, прозрачного для излучения радиоволнового диапазона, и не содержат каких-либо радиопоглощающих компонентов.

Распределение поглощающего вещества в объеме микрогранулы в форме нанокластеров приводит к возникновению в материале специфических атомно-молекулярных структур, в которых под воздействием электромагнитной волны 5 возникают флуктуации электронной плотности, что значительно повышает уровень поглощения электромагнитной волны.

Наличие случайно ориентированных и равномерно расположенных в объеме диэлектрического полимерного связующего микрогранул различных типов, в том числе микрогранул, не содержащих поглощающего вещества, приводит к образованию различных размеров релейных рассеивающих структур и зон 6, где происходит сложение волн в противофазе, что приводит к расширению рабочего частотного диапазона предлагаемого материала и повышает уровень поглощения электромагнитной волны.

В настоящее время на предприятии изготовлен опытный образец материала указанной структуры.

Состав радиопоглощающего материала.

Материал диэлектрического связующего - эпоксидная смола Материал матрицы (основы) микрогранул - поликремневая кислота Вещество поглотитель магнитной -феррит составляющей  

Вещества поглотители электрической - нанопорошок меди и фуллерен С₇₀ составляющей

Массовая доля диэлектрического связующего - 0.63 Массовая доля микрогранул всех типов - 0.37

в т.ч.:

Микрогранулы, содержащие феррит - 0.11 Микрогранулы, содержащие нанопорошок меди - 0.07 Микрогранулы, содержащие фуллерен С₇₀ - 0.09 Микрогранулы, не содержащие радиопоглощающих добавок - 0.10

Средний размер микрогранул - 26 мкм.

Содержание радиопоглощающих добавок в пересчете на чистое вещество (массовые доли)

Феррит - 0.07 Нанопорошок меди - 0.03 Фуллерен С₇₀ - 0.05

Кроме того, изготовлен контрольный образец материала на основе диэлектрического эпоксидного связующего, содержащего феррит (0.07), нанопорошок меди (0.03) и фуллерен С₇₀ (0.05), при этом указанные вещества были введены в состав материала в виде порошка.

Опытный и контрольный образцы были подвергнуты сравнительным испытаниям, результаты которых оформлены в виде таблицы.

Результаты сравнительных испытаний Образец Коэффициент поглощения плоской электромагнитной волны, дБ 0.5ГГц 5ГГц 30ГГц 70ГГц Контрольный образец 17 19 22 23 Опытный образец (с микрогранулами) 26 28 37 36   Образец Коэффициент экранирования в ближней зоне, дБ   0.5ГГц 5ГГц 30ГГц 70ГГц Контрольный образец 2 5 4 7 Опытный образец (с микрогранулами) 12 11 14 12

Результаты испытаний подтверждают достижение заявленного технического результата. Образец с микрогранулами более эффективно поглощает радиоволны как по электрической, так и по магнитной составляющей по сравнению с образцом, в котором поглощающие вещества находятся в форме порошка.

Источники информации

1. Патент №2247759, Россия, МПК⁷ C09D 5/32, H01Q1 7/00, опубликован 2005.03.10.

2. Патент №3-14483, Япония, МПК⁴ H01F 1/00, опубликован 1992.03. 13.

3. Патент №5965056, США, МПК⁵ H01Q 17/00, опубликован 1999.10.12.

4. Патент №2273925, Россия, МПК⁷ H01Q 17/00, опубликован 2006.04.10.

5. Патент №2300832, Россия, МПК⁷ H01Q 17/00, опубликован 2007.06.10.

6. Патент №2003118967, Россия, МПК⁷ C08L 23/00, C08L 25/06, C08L 19/00, C08L 27/06, C08L 27/12, С08К 3/04, C08J 9/24, G12B 17/02, H01Q 17/00 опубликован 2005.02.10.

7. Патент №2004126880, Россия, МПК⁷ H01Q 17/00, опубликован 2006.02.20.

8. Патент №2155420, Россия, МПК⁷, H01Q 17/00, C09D 5/32, G01S 13/00 опубликован 2000.08.27.

9. Патент №6028204, Япония, МПК⁴ H01F 1/00; опубликован 1994.04. 13.

10. Патент №2003100064, Россия, МПК⁷ H01Q 17/00, опубликован 2004.07.10 (прототип).

Изобретение относится к области электрорадиотехники, в частности к материалу для экранирования электромагнитного излучения при создании технических средств радиоэлектронной аппаратуры. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение радиопоглощающих свойств материала как по электрической, так и по магнитной составляющей электромагнитного излучения радиоволнового диапазона. Повышение радиопоглощающих свойств материала достигается за счет ввода в полимерный диэлектрический материал, содержащий микрогранулы, матрицы которых являются прозрачными для излучения радиоволнового диапазона, веществ, поглощающих электрическую и магнитную составляющие радиоволнового излучения, в составе микрогранул, при этом каждый вид микрогранул содержит только одно радиопоглощающее вещество, выбранное из группы, содержащей феррит, медь, фуллерен С₇₀, равномерно распределенное во всем объеме материала матрицы в форме нанокластеров. 1 ил., 1 табл.

Радиопоглощающий материал на основе полимерного диэлектрического связующего, содержащий в своем составе микрогранулы, материал матрицы которых является прозрачным для излучения радиоволнового диапазона, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вещества, поглощающие электрическую и магнитную составляющие радиоволнового излучения в составе микрогранул, при этом каждый вид микрогранул содержит только одно вещество, выбранное из группы, содержащей феррит, медь, фуллерен С₇₀, равномерно распределенное во всем объеме материала матрицы в форме нанокластеров.