RU2594363C1 - Поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур - Google Patents
Поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур Download PDFInfo
- Publication number
- RU2594363C1 RU2594363C1 RU2015117345/28A RU2015117345A RU2594363C1 RU 2594363 C1 RU2594363 C1 RU 2594363C1 RU 2015117345/28 A RU2015117345/28 A RU 2015117345/28A RU 2015117345 A RU2015117345 A RU 2015117345A RU 2594363 C1 RU2594363 C1 RU 2594363C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- layers
- concentration
- layer
- nanoparticles
- Prior art date
Links
Abstract
Использование: для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, защиты от радиоизлучения и снижения радиолокационной заметности различных объектов. Сущность изобретения заключается в том, что поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур состоит из слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала с малой плотностью, в которых концентрация углерода монотонно изменяется от слоя к слою, в качестве нетканого углеродосодержащего полимерного материала используют карбонизированный полиакрилонитрил, слои которого пропитаны суспензией, содержащей углеродные нанопористые микроволокна и многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа тороподобной формы, причем слои полиакрилонитрила карбонизированы до концентрации углерода от 1 мас.% до 99,999 мас.% с возрастанием от поверхностных к центральному слою. Технический результат: обеспечение возможности улучшения поглощающих свойств. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к поглотителям электромагнитных волн (ЭМВ), в том числе в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, защиты от радиоизлучений и снижения радиолокационной заметности различных объектов.
Многослойные поглотители электромагнитных волн (ПЭВ) условно делят на две группы.
К первой группе относятся ПЭВ, в структуре которых имеется большое число плоскопараллельных резистивных пленок, разделенных диэлектрическими слоями малой толщины.
Вторая группа состоит из многослойных ступенчатых ПЭВ, в которых электромагнитные параметры отдельных слоев структуры изменяются по определенному закону. При увеличении числа слоев структуры ступенчатый ПЭВ превращается в поглотитель градиентного типа или ПЭВ с распределенной проводимостью. Такие поглотители могут обладать большой широкополосностью при малой величине коэффициента отражения и небольшой толщине ПЭВ, однако являются наиболее сложными с точки зрения практического воплощения.
Известен поглотитель электромагнитных волн [RU 2119216, С1, H01Q 17/00, 20.09.1998], включающий расположенные на металлической подложке диэлектрик из двух слоев и расположенные на внешней поверхности каждого слоя решетки резонансных элементов, соответствующих длине волны согласования поглощаемого поддиапазона частот, а также N-2 дополнительных слоев диэлектрика с решетками резонансных элементов, при этом слои диэлектрика имеют переменную толщину, а их суммарная толщина меньше четверти максимальной длины волны согласования поглощаемых поддиапазонов частот, где N - число слоев диэлектрика.
Недостатками этого технического решения являются значительные весовые характеристики поглотителя и сложная технология его производства.
Кроме того, известны поглотители электромагнитных волн из радиопоглощающего материала [RU 2294948, C1, C09D 5/32, 10.03.2007], выполненные из наполнителя, в качестве которого использован нанопорошок магнитного сплава НК-29 (Ni - 29.13%, Со - 17.51%, Fe - остальное) и связующее - поливинилбутироль, который изготовлен путем нанесения радиопоглощающего материала на защищаемую поверхность в несколько слоев с промежуточной сушкой каждого слоя и помещением в один из слоев разрезных колец из электропроводящего материала, при этом по крайней мере, один из слоев радиопоглощающего покрытия изготавливают из композиционного материала с ферромагнитными свойствами, а сам слой обрабатывают в поле постоянного магнита так, что вектор напряженности магнитного поля лежит в плоскости покрытия.
Недостатками этого технического решения являются относительно узкая область применения и сложная технология изготовления и намагничивания.
К известным относятся и поглотители электромагнитных волн из радиопоглощающего материала [RU 2423761, C1, H01Q 17/00, 10.07.2011], полученного способом, включающим механическую обработку порошка оксидного гексагонального ферромагнетика с W-структурой в механоактиваторе при факторе энергонапряженности 20-40 g и последующее его смешение с эпоксидной смолой в соотношении, мас. %: оксидный гексагональный ферромагнетик - 65-90, эпоксидная смола - 10-35, при этом порошок делят на N партий, каждую из которых в отдельности обрабатывают в механоактиваторе в течение времени, необходимого для достижения условия, когда статическая магнитная проницаемость порошка µ1≥µ2>µ3 …µN, где 1, 2, 3…N соответствует номеру слоя, затем слой, состоящий из порошка первой партии, смешанного с эпоксидной смолой, соединяют с металлической подложкой и к нему последовательно присоединяют следующие слои, состоящие из порошков других партий, также смешанных с эпоксидной смолой.
Недостатками этого технического решения являются его относительно высокие массо-габаритные характеристики и относительно большой коэффициент отражения.
Помимо указанных выше, известен поглотитель электромагнитных волн в виде радиопоглощающего покрытия [RU 2228565, C1, H01Q 17/00, 10.05.2004], включающего основу из, по меньшей мере, одного слоя переплетенных арамидных высокомодульных нитей с нанесенной на нити вакуумным напылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него ферромагнитными кластерами при следующем соотношении компонентов, мас. %: ферромагнитные кластеры 50-80, гидрогенизированный углерод - остальное.
Недостатком известного технического решения является анизотропия и нестабильность поглощающих свойств, обусловленные существованием зазоров между слоями.
Еще одним аналогом предложенного технического решения является поглотитель электромагнитных волн из радиопоглощающего материала [RU 2370866, C1, H01Q 17/00, 20.10.2009], включающего основу из, по меньшей мере, двух слоев переплетенных рядов нитей, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного материала, при этом направление переплетенных рядов нитей одного слоя тканого материала составляет с направлением переплетенных рядов нитей смежного слоя угол 60-120°, а содержание частиц ферромагнитного материала составляет от 5 мас. % в пленке, нанесенной на наружный слой переплетенных рядов нитей, до 85 мас. % в пленке, нанесенной на слой переплетенных рядов нитей, прилегающий к защищаемой поверхности.
Недостатком этого аналога является его относительно высокий коэффициент отражения и относительно узкий диапазон поглощаемых частот.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является поглотитель электромагнитных волн [RU 127255, Ul, H01Q 17/00, G21F 1/12, 16.01.2013], содержащий диэлектрическое связующее - пенополиуретан и поглощающее электромагнитное излучение электропроводящее углеродное волокно, при этом он изготовлен в виде плоских панелей, концентрация углеродного волокна в которых монотонно увеличивается от лицевой стороны к тыльной, причем, пределы изменения концентрации подобраны таким образом, что поглотитель имеет одновременно низкие значения коэффициентов отражения и пропускания падающего электромагнитного излучения в широкой полосе сверхвысокочастотного диапазона.
Особенностями этого материала является то, что толщина панелей изменяется в пределах от 10,0 мм до 20,0 мм, масса 1 м3 от 25,0 кг до 100,0 кг, а электрическое сопротивление углеродного волокна составляет 0,025…0,03 Ом/см.
Недостатками наиболее близкого технического решения являются его относительно малый коэффициент поглощения, относительно высокие массо-габаритные характеристики и относительно узкий диапазон поглощаемых частот.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение коэффициента поглощения для более широкого диапазона частот, включая терагерцевый диапазон частот, при одновременном уменьшении массо-габаритных характеристик.
Требуемый технический результат заключается в улучшении поглощающих свойств путем увеличения коэффициента поглощения электромагнитных волн в более широком диапазоне частот при одновременном снижении массо-габаритных характерстик.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в поглотителе электромагнитных волн, состоящем из слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала с малой плотностью, в которых концентрация углерода монотонно изменяется от слоя к слою, согласно изобретению, в качестве нетканого углеродосодержащего полимерного материала используют карбонизированный полиакрилонитрил, слои которого пропитаны суспензией, содержащей углеродные нанопористые микроволокна и многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа тороподобной формы, причем, слои полиакрилонитрила карбонизированы до концентрации углерода от 1% масс до 99,999% масс с возрастанием от поверхностных к центральному слою.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что поглотитель электромагнитных волн содержит от 2 до 10 слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве суспензии используют смеси углеродных наночастиц, взвешенные в водной среде.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве суспензии используют смеси углеродных наночастиц, взвешенные в водно-спиртовой среде.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве углеродных наночастиц используют углеродные нано- и микроволокна с концентрацией от 1% масс до 10% масс, с диаметром 50-10 мкм, с длиной волокон 10-500 мкм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве углеродных наночастиц используют углеродные нано- и микроволокна с концентрацией от 1% масс до 10% масс, с диаметром 2-200 нм с многослойными углеродными наночастицами фуллероидного типа тороподобной формы с сроотношеннием радиусов тора и радиусов образующих тор элементов в диапазоне от 3:1 до 10:1 с концентрацией от 0,5% масс до 12% масс.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что суспензия содержит добавку в виде микро- и/или наночастиц оксидов лантаноидов с концентрацией от 0,5 до 3%.
Предложенный поглотитель электромагнитных волн состоит из слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала с малой плотностью, в которых концентрация углерода монотонно изменяется от слоя к слою, при этом в качестве нетканого углеродосодержащего полимерного материала используют карбонизированный полиакрилонитрил, слои которого пропитаны суспензией, содержащей углеродные нанопористые микроволокна диаметром 5-10 мкм с длиной волокон 10-500 мкм и диаметром перпендикулярных оси микроволокон пор в диапазоне от 2 до 200 нм с концентрацией от 1% масс до 20% масс и многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа тороподобной формы с соотношением радиусов тора и радиусов образующих тор труб в диапазоне от 3:1 до 10:1 с концентрацией от 0,5% масс до 15% масс, причем, слои полиакрилонитрила карбонизированы до концентрации углерода от 1% масс до 99,999% масс с возрастанием от поверхностных к центральному слою.
В предложенном поглотителе электромагнитных волн содержится, преимущественно, от 2 до 10 слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала, в качестве суспензии используют смеси углеродных наночастиц, взвешенные в водной или в водно-спиртовой среде, в качестве углеродных наночастиц используют астралены и/или углеродные нано- и микроволокна, а в качестве добавки в суспензию вводят микро- и/или наночастицы оксидов лантаноидов с концентрацией от 0,5 до 3%.
Предложенный поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур обладает низким коэффициентом отражения в широком спектре углов падения для диапазона частот электромагнитного излучения от десятков ГГц до десятков ТГц. Он обладает малым удельным весом и состоит из нескольких, преимущественно от двух до десяти, слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала, например полиакрилонитрила, с градиентом концентрации карбонизированных волокон от 1% масс до 99,99% масс в сторону ее возрастания от поверхностных к центральному слою.
Слои нетканого углеродосодержащего полимерного материала пропитаны суспензией гибридных нанокомпозитных структур, содержащей смесь углеродных нанопористых микроволокон с концентрацией от 1% масс до 10% масс, диаметром 5-10 мкм с длиной волокон от 10-500 мкм диаметром в диапазоне от 2 до 200 нм с многослойными углеродными наночастицами фуллероидного типа тороподобной формы с соотношением радиусов тора и радиусов образующих тор элементов в диапазоне от 3 к 1 до 10 к 1, с концентрацией от 05% масс до 12% масс.
Поглотитель электромагнитных волн содержит от 2 до 10 слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала, в качестве суспензии используют водные, либо водно-спиртовые смеси с распределенными в них взвешенными углеродными наночастицами и дополнительно взвешенными микрочастицами магнитомягких высокодисперсных порошков. Суспензия может дополнительно содержать микро- и/или наночастицы оксидов лантаноидов.
Используется поглотитель электромагнитных волн следующим образом.
Мягкий и легкий окисленный карбонизированный нетканый полиакрилонитрил изгибается по форме защищаемой отражающей поверхности и приклеивается к ней полимерными, либо неорганическими клеями. При этом допускается защита внешней поверхности поглотителя радиопрозрачными защитными материалами.
Предложенный состав поглотителя обеспечивает существенное увеличение коэффициента поглощения для более широкого диапазона частот, включая гигагерцевый и терагерцевый диапазоны частот, относительно наиболее близкого технического решения. Это обусловлено тем, что гибридная смесь углеродных нанопоритых микроволокон с углеродными полиэдральными наночастицами фуллероидного типа тороподобной формы в указанных диапазонах концентраций обладает чрезвычайно высокими коэффициентами поглощения электромагнитных волн (до нескольких десятков см-1) в широком диапазоне частот - от десятков гигагерц до единиц терагерц.
Изложенное выше подтверждается результатами экспериментальных исследований, приведенных в таблице.
Градиентная концентрация наночастиц создается путем последовательной пропитки окисленных нетканых полиакрилонитрильных материалов суспензиями со снижающейся к поверхности концентрацией наночастиц и повышением подвижности и глубины пропитки при увеличении соотношения спирт-вода в пользу первого до уровня 80:20.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного технического решения, достигается требуемый технический результат, заключающийся в улучшении поглощающих свойств путем увеличения коэффициента поглощения электромагнитных волн в более широком диапазоне частот при одновременном снижении массо-габаритных характеристик.
Claims (7)
1. Поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур, состоящий из слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала с малой плотностью, в которых концентрация углерода монотонно изменяется от слоя к слою, отличающийся тем, что в качестве нетканого углеродосодержащего полимерного материала используют карбонизированный полиакрилонитрил, слои которого пропитаны суспензией, содержащей углеродные нанопористые микроволокна и многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа тороподобной формы, причем слои полиакрилонитрила карбонизированы до концентрации углерода от 1 мас.% до 99,999 мас.% с возрастанием от поверхностных к центральному слою.
2. Поглотитель по п. 1, отличающийся тем, что он содержит от 2 до 10 слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала.
3. Поглотитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве суспензии используют смеси углеродных наночастиц, взвешенные в водной среде.
4. Поглотитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве суспензии используют смеси углеродных наночастиц, взвешенные в водно-спиртовой среде.
5. Поглотитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродных наночастиц используют углеродные нано- и микроволокна с концентрацией от 1 мас.% до 10 мас.%, с диаметром 50-10 мкм, с длиной волокон 10-500 мкм.
6. Поглотитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродных наночастиц используют углеродные нано- и микроволокна с концентрацией от 1 мас.% до 10 мас.%, с диаметром 2-200 нм с многослойными углеродными наночастицами фуллероидного типа тороподобной формы с соотношением радиусов тора и радиусов образующих тор элементов в диапазоне от 3:1 до 10:1 с концентрацией от 0,5 мас.% до 12 мас.%.
7. Поглотитель по п. 1, отличающийся тем, что суспензия содержит добавку в виде микро- и/или наночастиц оксидов лантаноидов с концентрацией от 0,5 до 3%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015117345/28A RU2594363C1 (ru) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015117345/28A RU2594363C1 (ru) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2594363C1 true RU2594363C1 (ru) | 2016-08-20 |
Family
ID=56697051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015117345/28A RU2594363C1 (ru) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2594363C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000232296A (ja) * | 1999-02-12 | 2000-08-22 | Hitachi Metals Ltd | 電磁波吸収体 |
| US20050008845A1 (en) * | 2002-01-31 | 2005-01-13 | Hideyuki Hatanaka | Electromagnetic-wave absorber |
| RU2414029C1 (ru) * | 2010-02-01 | 2011-03-10 | Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Поглотитель электромагнитных волн |
| RU127255U1 (ru) * | 2013-01-16 | 2013-04-20 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Поглотитель электромагнитных волн |
| RU2482149C1 (ru) * | 2011-11-10 | 2013-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Радиопоглощающий материал |
| WO2014076645A1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-05-22 | Università Degli Studi Di Roma "La Sapienza" | Electromagnetic wave absorbing device with adjustable frequency of absorption |
-
2015
- 2015-05-07 RU RU2015117345/28A patent/RU2594363C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000232296A (ja) * | 1999-02-12 | 2000-08-22 | Hitachi Metals Ltd | 電磁波吸収体 |
| US20050008845A1 (en) * | 2002-01-31 | 2005-01-13 | Hideyuki Hatanaka | Electromagnetic-wave absorber |
| RU2414029C1 (ru) * | 2010-02-01 | 2011-03-10 | Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Поглотитель электромагнитных волн |
| RU2482149C1 (ru) * | 2011-11-10 | 2013-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Радиопоглощающий материал |
| WO2014076645A1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-05-22 | Università Degli Studi Di Roma "La Sapienza" | Electromagnetic wave absorbing device with adjustable frequency of absorption |
| RU127255U1 (ru) * | 2013-01-16 | 2013-04-20 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Поглотитель электромагнитных волн |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ahmad et al. | Stealth technology: Methods and composite materials—A review | |
| Gunwant et al. | Microwave absorbing properties of carbon fiber based materials: a review and prospective | |
| Huang et al. | Ultrathin flexible carbon fiber reinforced hierarchical metastructure for broadband microwave absorption with nano lossy composite and multiscale optimization | |
| Zhao et al. | Facile synthesis of novel heterostructure based on SnO2 nanorods grown on submicron Ni walnut with tunable electromagnetic wave absorption capabilities | |
| Zhao et al. | Magnetic and conductive Ni/carbon aerogels toward high-performance microwave absorption | |
| Panwar et al. | Fractal frequency-selective surface embedded thin broadband microwave absorber coatings using heterogeneous composites | |
| Wei et al. | Double-layer microwave absorber based on nanocrystalline Zn0. 5Ni0. 5Fe2O4/α-Fe microfibers | |
| Zang et al. | Microwave absorption enhancement of rectangular activated carbon fibers screen composites | |
| Zhou et al. | Silica-modified ordered mesoporous carbon for optimized impedance-matching characteristic enabling lightweight and effective microwave absorbers | |
| CN109228587B (zh) | 一种基于石墨烯膜的吸波材料及其制备方法 | |
| EP2181573B1 (en) | Composite material | |
| Li et al. | Polyaniline-stabilized electromagnetic wave absorption composites of reduced graphene oxide on magnetic carbon nanotube film | |
| Yeswanth et al. | Recent developments in RAM based MWCNT composite materials: a short review | |
| RU2370866C1 (ru) | Радиопоглощающее покрытие | |
| Jin et al. | Multi-slab hybrid radar absorbing structure containing short carbon fiber layer with controllable permittivity | |
| Tripathi et al. | Microwave absorption properties of Ni-Zn ferrite nano-particle based nano composite | |
| Qi et al. | Novel Microwave Absorber of Ni x Mn1–x Fe2O4/Carbonized Chaff (x= 0.3, 0.5, and 0.7) Based on Biomass | |
| Alamri et al. | Tunable microwave absorption and shielding effectiveness in the nanocomposite of 3D hierarchical flower-like Co3O4 and rod-like polyindole | |
| Liu et al. | Compressible Fe3O4/MWCNTs-coated polymer foams for high-performance and tunable electromagnetic microwave absorption | |
| Sharbati et al. | Magnetic, microwave absorption and structural properties of Mg–Ti added Ca–M hexaferrite nanoparticles | |
| Setua et al. | Carbon nanofibers-reinforced polymer nanocomposites as efficient microwave absorber | |
| Cheng et al. | Synergistic effects between carbon nanotube and anisotropy-shaped Ni in polyurethane sponge to improve electromagnetic interference shielding | |
| RU2594363C1 (ru) | Поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур | |
| Lebedev et al. | Design and research polymer composites for absorption of electromagnetic radiation | |
| Cai et al. | Structure Design, Surface Modification, and Application of CNT Microwave‐Absorbing Composites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180508 |