Сотрудники радиофизического факультета Томского государственного университета разработали радиопоглощающий композит на основе литий-цинковых ферритов и гексаферрита Y-типа с одной из самых широких полос поглощения среди существующих материалов. Новый композит способен поглощать более 90% электромагнитного излучения в диапазоне от четырех до 12 гигагерц, а его толщина не превышает трех миллиметров. Результаты исследования, в рамках которого был создан материал, опубликованы в журнале Materials Chemistry and Physics (Q1).
Электромагнитное излучение (ЭМИ) приборов, работающих на радиочастотах, оказывает негативное влияние как на технику в радиусе его действия, так и на людей, эксплуатирующих оборудование. Радиопоглощающие композиты — популярное решение проблемы снижения мощности ЭМИ, поскольку они помогают уменьшить излучение до установленных ГОСТами значений, не прибегая к изменению конструкции устройства. Материалы можно наносить на стенки прибора или использовать в качестве защитных прокладок при сборке.
«Обычно уменьшение электромагнитного излучения при применении радиопоглощающих материалов на основе ферритов достигается в узкой полосе частот, например, от 4 до 6 ГГц. Нашей задачей было расширить диапазон частот, и, следовательно, возможности применения поглотителя. Для этого мы определяли состав и толщину каждого слоя композита, чтобы достичь требуемого уровня снижения электромагнитного излучения», — пояснил доцент кафедры радиоэлектроники РФФ ТГУ Дмитрий Вагнер.
В ходе исследования радиофизики ТГУ создали несколько однослойных и двухслойных композитов на основе планарного гексаферрита Y-типа и литий-цинковых ферритов с разной концентрацией ионов цинка, а также сравнили их радиопоглощающие свойства. Выяснилось, что для задач электромагнитной герметизации наиболее эффективны двухслойные композиты, которые позволяют контролировать полосу поглощения за счет изменения состава и толщины слоев. Это дает возможность создавать материалы с необходимыми параметрами для конкретных технических задач.
Самым эффективным из разработанных материалов оказался двухслойный многокомпонентный композит, способный поглощать более 90% электромагнитного излучения в диапазоне от 4 до 12 ГГц.
«Нам удалось создать материал толщиной 3 мм с широкой полосой поглощения, который никто не получал ранее, — рассказал Дмитрий Вагнер. — Кроме того, мы сами занимаемся синтезом всех компонентов, в том числе гексаферритов со сложными составами и структурами, промышленное производство которых сейчас отсутствует».
При разработке композита «феррит / полимер» перед учеными РФФ стояла задача определить состав, который улучшит электромагнитные характеристики, но не ухудшит механические и температурные свойства материала. Выяснилось, что с увеличением содержания цинка растет намагниченность насыщения, но снижается температура Кюри — температура, до которой материал сохраняет свои магнитные свойства. Это позволяет адаптировать композит под конкретные температурные условия, в которых он будет применяться.
Еще один инструмент «настройки» свойств композита под задачи заказчика — толщина слоев материала. С помощью программы, разработанной учеными РФФ на основе теории Леонида Бреховских о распространении волн в слоистых средах, они могут рассчитать оптимальные параметры толщины, при которых композит будет обладать необходимым уровнем поглощения ЭМИ.
Исследование выполнено в рамках проекта «Разработка и исследование свойств радиопоглощения в микроволновом диапазоне частот многослойных композиционных структур „гексаферрит / полимер“», поддержанного Российским научным фондом.
