Неотражающие микроволновые поглотители с высокодисперсным жидким наполнителем Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

AZ9RBAYCAN KIMYA JURNALI № 3

55

УДК 621.365

НЕОТРАЖАЮЩИЕ МИКРОВОЛНОВЫЕ ПОГЛОТИТЕЛИ С ВЫСОКОДИСПЕРСНЫМ ЖИДКИМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

Р.М.Касимов, С.Р.Касимова

Институт химических проблем им. М.Ф.Нагиева Национальной АН Азербайджана

kasimovr@yahoo. com Поступила в редакцию 18.06.2013

Рассмотрена возможность использования полярных жидкостей в качестве наполнителей микроволновых неотражающих поглотителей.

Ключевые слова: микроволновые, неотражающие поглотители, жидкие наполнители.

Существующие микроволновые неотражающие поглотители, как правило, формируются на основе непоглощающих матричных материалов (керамика, полимер) с использованием в качестве наполнителей высокодисперсных металлических или ферромагнитных частиц [1]. Они оправдывают себя в низкочастотной области микроволнового диапазона. Однако для их применения при высоких частотах необходимо увеличивать содержание в них поглощающих наполнителей, что неизбежно приводит к ухудшению их механической прочности и уменьшению полосы гашения волны.

Вместе с тем, как это было установлено в работе [2], сходный эффект полного или безотражательного поглощения электромагнитного излучения возможен в плоском слое полярного диэлектрика, нанесенного на металлическую подложку. При известных значениях коэффициентов преломления n и поглощения X вещества покрытия он возникает в дисперсионной области вещества при строго определенных, избирательных значениях толщины l слоя покрытия и длины волны X нормально падающего на него излучения. При этом численные избирательные значения l и X определимы из следующих уравнений:

я(2*-1)-ф = l- = e(2Nz1)±1, (1)

X r X 4nn

где r =

(n -1)2 + x2 2x ,

и ф = arctg---- - модуль и фаза коэффициента отражения волны

(п +1)2 + х2 1 - п2 -%2

р от границы раздела воздух-диэлектрик; N - номер минимума зависимости модуля р двухслойной системы от толщины I слоя покрытия, при которой величина р достигает нулевого значения.

Входящие в уравнения (1) значения оптических свойств вещества покрытия п и % связаны с величинами его диэлектрической проницаемости 8 и диэлектрическими потерями 8м известными соотношениями

8'= п2(1 -/) , 8" = 2п>, (2)

где у = х/п - фактор диэлектрических потерь.

При заданной частоте падающего излучения эффект его полного поглощения четко проявляется также и в бинарных растворах полярных жидкостей в неполярных растворителях. В этом случае он возникает при избирательных значениях толщины слоя раствора I и объемной концентрации ф в нем полярного компонента [3].

Полученные в ходе этих исследований данные об избирательных значениях I и ф ряда бинарных растворов были использованы при разработке неотражающих покрытий с

56 НЕОТРАЖАЮЩИЕ МИКРОВОЛНОВЫЕ ПОГЛОТИТЕЛИ С ВЫСОКОДИСПЕРСНЫМ

нахождением их конструктивных и физических параметров. В качестве матричного материала таких покрытий использован полимерный материал (полиформальдегид) с коэффициентом преломления волны пр = 1.5, а в качестве его поглощающего наполнителя применена вода, обладающая в диапазоне сверхвысоких частот дисперсией волн релаксационного типа. Получаемый твердый раствор отличался равномерным по объему распределением частиц воды со средним диаметром в 20 микрон. В зависимости от выбранной частоты падающей волны содержание воды в полимере выбиралось в пределах ее объемной концентрации - 5-20 %.

Для полученного таким способом бинарного твердого раствора допускалась линейная зависимость его оптических свойств с изменением состава. В этом случае выполнимы следующие соотношения:

п = пр +ф(П) - Пр), х = 9Хо , (3)

где п0, х0 - коэффициенты преломления и поглощения волны водного наполнителя; пр -коэффициент преломления волны матричного материала.

Из совместного решения уравнений (1) и (3) для твердого раствора вода-полимер были найдены условия полного поглощения в нем электромагнитного излучения с длинами волн 0.82, 2.4 и 3.2 см. Они позволили определить по уравнениям (1) и (2) избирательные значения диэлектрической проницаемости е'о, диэлектрических потерь е"0, толщины слоя покрытия и концентрации в нем водных наполнителей при этих длинах волн (таблица).

Длина волны X излучения, объемная концентрация ф наполнителя (в %), избирательные значения диэлектрической проницаемости е' и диэлектрических потерь е'' покрытия и толщина его слоя I при температуре 200С. Диэлектрическая проницаемость матричного материала - 2.25_

№ X,, см ф, % е' е'' 1, см

1 3.2 12.0 9.50 3.80 0.266

2 2.4 8.93 6.85 3.17 0.237

3 0.82 7.27 3.40 2.11 0.118

На основе этих данных были рассчитаны частотные характеристики отражения волн рассматриваемых покрытий. Модуль коэффициента отражения р электромагнитной волны от рассматриваемой системы определялся с использованием уравнения

Р = .

(Е -1)2 + Г2 (4)

(Е +1)2 + Г2 '

1 ^(4гау) - у 81п(4лх) 1 ysh(4nxy) + 81п(4лх) п1

где Е =----, г =----, х = —

п(1 + У ) ^(4гау) + 81п(4лх) п(1 + у ) ^(4ту) + 8т(4лх) X

На рисунке представлены частотные зависимости поглощенной в слое покрытия электромагнитной волны Ж = р2. Они получены при падении излучения с длиной волны X, равной соответственно 3.2 (а), 2.4 (Ь) и 0.82 (с) см и при избирательных толщинах слоя покрытия, концентрациях в нем воды и номера минимума этих зависимостей N = 1. Получаемые нулевые минимумы этих функций являются границами раздела аномальных и нормальных их областей, отличающихся различным характером изменения величин их экстремумов с ростом толщины покрытия [3]. В их нормальных областях величины максимумов функций уменьшаются, тогда как величины минимумов возрастают с ростом толщины I слоя покрытия. В аномальной же области их максимумы и минимумы синхронно уменьшаются по с ростом I .

Р.М.КАСИМОВ, С.Р.КАСИМОВА

57

Зависимости между поглощенной слоем покрытия энергией электромагнитного поля W и длиной волны X; длина волны падающего излучения - 3.2 (a), 2.4 (b) и 0.82 (c) см.

При выбранной толщине слоя покрытия и содержания в нем воды полоса гашения на уровне 10 % отраженной энергии лежит в пределах 0.3-0.45 см.

Проведенное исследование позволяет сделать вывод о возможности использования полярных жидкостей в качестве наполнителей микроволновых неотражающих поглотителей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ковнеристый Ю.К., Лазарева И.Ю., Раваев А.А. Материалы, поглощающие СВЧ-излучение. М.: Наука, 1982. 264 с.

2. Касимов Р.М. // Инженерно-физический журн. 1994. Т. 67. № 5-6. С. 489.

3. Касимов Р.М., Калафи М.Ф., Касимов Э.Р. // Инженерно-физический журн. 1998. Т. 71. № 2. С. 282.

YUKSQKDlSPERSlYALI MAYE DOLDURUCULU 3KS OLUNMAYAN mIKRODALGA

UDUCULARI

R.M.Qasimov, S.R.Qasimova

Mikrodalgali aks olunmayan uducularin doldurucusu kimi polyar mayelarin istifadasi mumkunluyuna baxilmi§dir.

Agar sozlsr. mikrodalgali, dks olunmayan uducular, maye doldurucular.

NONREFLECTING MICROWAVE ABSORBERS WITH HIGHLY DISPERSED THE LIQUID

FILLER

R.M.Kasimov, S.R.Kasimova

The possibility of using polar liquids as fillers of microwave non-reflecting absorbers has been considered. Keywords: microwave, non-reflecting absorbers, liquid fillers.