zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-6-31-45zldm-1683Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование радиопоглощающих характеристик полимерных композитов с ферритовыми наполнителямиStudy of radar absorbing characteristics of polymer composites with ferrite fillersКостишинВ. Г.KostishinV. G.

Владимир Григорьевич Костишин

117409, Москва, Ленинский пр., д. 4

 

Vladimir G. Kostishin

4, Leninsky pr., Moscow, 117409

 

drvgkostishyn@mail.ruШакирзяновР. И.ShakirzyanovR. I.

Рафаэль Иосифович Шакирзянов

 117409, Москва, Ленинский пр., д. 4

Rafael I. Shakirzyanov

 4, Leninsky pr., Moscow, 117409

 

ИсаевИ. М.IsaevIgor M.

Игорь Магомедович Исаев

117409, Москва, Ленинский пр., д. 4

 

Igor M. Isaev

 4, Leninsky pr., Moscow, 117409

СалогубД. В.SalogubDmitry V.

Дмитрий Владимирович Салогуб

 117409, Москва, Ленинский пр., д. 4

Dmitry V. Salogub

NUST MISiS

НИТУ «МИСиС»РоссияNUST MISiSRussian Federation2022260620228863145Copyright © Костишин В.Г., Шакирзянов Р.И., Исаев И.М., Салогуб Д.В., 20222022Костишин В.Г., Шакирзянов Р.И., Исаев И.М., Салогуб Д.В.Kostishin V.G., Shakirzyanov R.I., Isaev I.M., Salogub D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1683

Поиск эффективных радиопоглощающих материалов для решения проблем электромагнитной совместимости, электромагнитного загрязнения, а также технологий скрытности и малозаметности — актуальная задача. В работе представлены результаты исследования электрофизических и радиопоглощающих характеристик феррит-полимерных композитов в зависимости от структуры и магнитных свойств ферритового наполнителя, а также диэлектрических свойств полимерной матрицы. Исследовали радиопоглощающие характеристики композитов Ф-42/Mn-Zn-феррит, Ф-42/Ni-Zn-феррит, Ф-42/железо-иттриевый гранат, Ф-42/BaFe12O19, Ф2М/LiMnZn-шпинель, ПС525/Mn-Zn-феррит, ПВС/Mn-Zn феррит, ПВС/Ni-Zn феррит. Экспериментальные данные по коэффициенту отражения, определенному на металлической пластине в диапазоне частот 0,1 – 7 ГГц, показали, что ферриты-шпинели и содержащие их композиты — эффективные радиопоглощающие материалы. Из анализа спектров комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей установлено, что композиты с ферритами-шпинелями и железоиттриевым гранатом характеризуются дисперсией магнитной проницаемости, возникающей вследствие процессов резонанса движения доменных границ и естественного ферромагнитного резонанса. Кроме того, было выявлено, что электрические свойства ферритов могут влиять на высокочастотные спектры диэлектрической и магнитной проницаемостей. Радиопоглощающие характеристики композитов связаны с высокими значениями тангенсов углов диэлектрических и магнитных потерь, согласованием импедансов. Отмечено, что использование электроактивных полимеров в качестве матриц позволяет увеличить диэлектрические потери в высокочастотном диапазоне и получить максимальное ослабление электромагнитного излучения в пределах 25 – 40 дБ с шириной на уровне 10 дБ до 2,5 ГГц в диапазоне 2 – 7 ГГц. Полученные результаты могут быть использованы при дальнейшем изучении функциональных свойств радиопоглощающих материалов в высокочастотном диапазоне.

The search for effective radio-absorbing materials is an urgent task in solving the problems of electromagnetic compatibility, electromagnetic pollution, as well as stealth and stealth technologies. We present the results of studying the electrophysical and radio-absorbing characteristics of ferrite-polymer composites depending on the structure and magnetic properties of the ferrite filler, as well as the dielectric properties of the polymer matrix. The radio absorbing characteristics of composites F-42/Mn-Zn-ferrite, F-42/Ni-Zn-ferrite, F-42/yttrium iron garnet, F-42/BaFe12O19, F2M/LiMnZn-spinel, PS525/Mn-Zn -ferrite, PVA/Mn-Zn ferrite, and PVA/Ni-Zn ferrite have been studied. Experimental data on the reflection coefficient, determined on a metal plate in a frequency range of 0.1 – 7 GHz showed that spinel ferrites and composites containing them are effective radio absorbing materials. Analysis of the spectra of complex dielectric and magnetic permeability revealed that composites with spinel ferrites and yttrium iron garnet are characterized by a dispersion of the magnetic permeability, which arises as a result of resonance processes of the motion of domain boundaries and natural ferromagnetic resonance. Moreover, the electrical properties of ferrites can affect the high-frequency spectra of the permittivity and permeability. It is shown that the use of electroactive polymers as matrices makes it possible to increase dielectric losses in the high-frequency range and obtain the maximum attenuation of electromagnetic radiation within 25 – 40 dB with a width of 10 dB up to 2.5 GHz in 2 – 7 GHz range. The results obtained can be used in further study of the functional properties of radio-absorbing materials in the high-frequency range.

радиопоглощающие композитыполивинилиденфторидрадиопоглощающие ферритымагнитная проницаемость.radar absorbing compositespolyvinylidene fluorideradar absorbing ferritesmagnetic permeability.ReferencesМихайлин Ю. А. Специальные полимерные композиционные материалы. — СПб.: Научные основы технологии, 2009. — 660 с.Mikhailin Yu. A. Special polymer composite materials. — St. Petersburg: Nauchnye osnovy tekhnologii, 2009. — 660 p. [in Russian].Kumar D., Moharana A., Kumar A. Current trends in spinel based modified polymer composite materials for electromagnetic shielding / Mater. Today Chem. 2020. Vol. 17. P. 100346. DOI: 10.1016/j.mtchem.2020.100346Kumar D., Moharana A., Kumar A. Current trends in spinel based modified polymer composite materials for electromagnetic shielding / Mater. Today Chem. 2020. Vol. 17. P. 100346. DOI: 10.1016/j.mtchem.2020.100346Tammareddy H., Ramji K., Siva Naga Sree P., Santhosi B. Complex permittivity, permeability and microwave absorbing properties of PANI coated MWCNTsManganese Zinc ferrite nanocomposite / Mater. Today: Proc. 2019. Vol. 18. P. 420 – 425. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.06.320Tammareddy H., Ramji K., Siva Naga Sree P., Santhosi B. Complex permittivity, permeability and microwave absorbing properties of PANI coated MWCNTsManganese Zinc ferrite nanocomposite / Mater. Today: Proc. 2019. Vol. 18. P. 420 – 425. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.06.320Abbasa S., Dixit A., Chatterjee R., Goel T. Complex permittivity, complex permeability and microwave absorption properties of ferrite-polymer composites / J. Magn. Magn. Mater. 2007. Vol. 309. P. 20 – 24. DOI: 10.1016/j.jmmm.2006.06.006Abbasa S., Dixit A., Chatterjee R., Goel T. Complex permittivity, complex permeability and microwave absorption properties of ferrite-polymer composites / J. Magn. Magn. Mater. 2007. Vol. 309. P. 20 – 24. DOI: 10.1016/j.jmmm.2006.06.006Bayrakdar H. Electromagnetic propagation and absorbing property of ferrite-polymer nanocomposite structure / Prog. Electromagn. Res. M. 2012. Vol. 25. P. 269 – 281. DOI: 10.2528/PIERM12072303Bayrakdar H. Electromagnetic propagation and absorbing property of ferrite-polymer nanocomposite structure / Prog. Electromagn. Res. M. 2012. Vol. 25. P. 269 – 281. DOI: 10.2528/PIERM12072303Charles A. D., Rider A. N., Brown S. A., Wang C. H. Multifunctional magneto-polymer matrix composites for electromagnetic interference suppression, sensors and actuators / Prog. Mater. Sci. 2021. Vol. 115. P. 100705. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2020.100705Charles A. D., Rider A. N., Brown S. A., Wang C. H. Multifunctional magneto-polymer matrix composites for electromagnetic interference suppression, sensors and actuators / Prog. Mater. Sci. 2021. Vol. 115. P. 100705. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2020.100705Green M., Chen X. Recent progress of nanomaterials for microwave absorption / J. Materiomics. 2019. Vol. 5. P. 503 – 541. DOI: 10.1016/j.jmat.2019.07.003Green M., Chen X. Recent progress of nanomaterials for microwave absorption / J. Materiomics. 2019. Vol. 5. P. 503 – 541. DOI: 10.1016/j.jmat.2019.07.003Lagarkov A. N., Rozanov K. N. High-frequency behavior of magnetic composites / J. Magn. Magn. Mater. 2009. Vol. 321. P. 2082 – 2092. DOI: 10.1016/j.jmmm.2008.08.099Lagarkov A. N., Rozanov K. N. High-frequency behavior of magnetic composites / J. Magn. Magn. Mater. 2009. Vol. 321. P. 2082 – 2092. DOI: 10.1016/j.jmmm.2008.08.099Moucka R., Lopatin A., Kazantseva N., Vilcakova J., Saha P. Enhancement of magnetic losses in hybrid polymer composites with MnZn-ferrite and conductive fillers / J. Mater. Sci. 2007. Vol. 42. P. 9480 – 9490. DOI: 10.1007/s10853-007-2081-0Moucka R., Lopatin A., Kazantseva N., Vilcakova J., Saha P. Enhancement of magnetic losses in hybrid polymer composites with MnZn-ferrite and conductive fillers / J. Mater. Sci. 2007. Vol. 42. P. 9480 – 9490. DOI: 10.1007/s10853-007-2081-0Gama A. M., Rezende M. C., Dantas C. C. Dependence of microwave absorption properties on ferrite volume fraction in MnZn ferrite/rubber radar absorbing materials / J. Magn. Magn. Mater. 2011. Vol. 323. P. 2782 – 2785. DOI: 10.1016/j.jmmm.2011.05.052Gama A. M., Rezende M. C., Dantas C. C. Dependence of microwave absorption properties on ferrite volume fraction in MnZn ferrite/rubber radar absorbing materials / J. Magn. Magn. Mater. 2011. Vol. 323. P. 2782 – 2785. DOI: 10.1016/j.jmmm.2011.05.052Шакирзянов Р. И., Костишин В. Г., Морченко А. Т. и др. Синтез и изучение свойств пленок радиопоглощающих композитов, состоящих из включений Mn0,5792Zn0,2597Fe2,1612O4 и полимерной матрицы –[(CH2–CH2)m–(CF2–CF2)n]k– / Журн. неорг. химии. 2020. Т. 65. № 6. С. 758 – 763. DOI: 10.31857/S0044457X20060197Shakirzyanov R. I., Kostishyn V. G., Morchenko A. T., et al. Synthesis and Property Study of Films of Microwave-Absorbing Composites Consisting of Mn0.5792Zn0.2597Fe2.1612O4 Inclusions and the –[(CH2–CH2)m–(CF2–CF2)n]k– Polymer Matrix / Russ. J. Inorg. Chem. 2020. Vol. 65. N 6. P. 829 – 833. DOI: 10.1134/S0036023620060194Meshram M., Agrawal N., Sinha B., Misra P. Characterization of M-type barium hexagonal ferrite-based wide band microwave absorber / J. Magn. Magn. Mater. 2004. Vol. 271. P. 207 – 214. DOI: 10.1016/j.jmmm.2003.09.045Meshram M., Agrawal N., Sinha B., Misra P. Characterization of M-type barium hexagonal ferrite-based wide band microwave absorber / J. Magn. Magn. Mater. 2004. Vol. 271. P. 207 – 214. DOI: 10.1016/j.jmmm.2003.09.045Zhang X., Sun W. Three-layer microwave absorber using cement-based composites / Mag. Concr. Res. 2011. Vol. 63. N 3. P. 157 – 162. DOI: 10.1680/macr.9.00196Zhang X., Sun W. Three-layer microwave absorber using cement-based composites / Mag. Concr. Res. 2011. Vol. 63. N 3. P. 157 – 162. DOI: 10.1680/macr.9.00196Ali N., Atassi Y., Salloum A., Charba A., Malki A., Jafarian M. Comparative study of microwave absorption characteristics of (Polyaniline/NiZn ferrite) nanocomposites with different ferrite percentages / Mater. Chem. Phys. 2018. Vol. 211. P. 79 – 87. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2018.02.017Ali N., Atassi Y., Salloum A., Charba A., Malki A., Jafarian M. Comparative study of microwave absorption characteristics of (Polyaniline/NiZn ferrite) nanocomposites with different ferrite percentages / Mater. Chem. Phys. 2018. Vol. 211. P. 79 – 87. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2018.02.017Liu P., Yao Z., Zhou J. Fabrication and microwave absorption of reduced graphene oxide/Ni0.4Zn0.4Co0.2Fe2O4 nanocomposites / Ceram. Int. 2016. Vol. 42. P. 9241 – 9249. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.03.026Liu P., Yao Z., Zhou J. Fabrication and microwave absorption of reduced graphene oxide/Ni0.4Zn0.4Co0.2Fe2O4 nanocomposites / Ceram. Int. 2016. Vol. 42. P. 9241 – 9249. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.03.026Tong S., Tung M., Ko W.-S. et al. Effect of Ni fillers on microwave absorption and effective permeability of NiCuZn ferrite/Ni/polymer functional composites / J. Alloys Compd. 2013. Vol. 550. P. 39 – 45. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.09.096Tong S., Tung M., Ko W.-S., et al. Effect of Ni fillers on microwave absorption and effective permeability of NiCuZn ferrite/Ni/polymer functional composites / J. Alloys Compd. 2013. Vol. 550. P. 39 – 45. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.09.096Nagasree P., Ramji K., Haritha T., Santoshi B. Polymer based MWCNT/Nickel Zinc Ferrite nanocomposites for RAS application with simulation / Mater. Today: Proc. 2019. Vol. 18. P. 406 – 412. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.06.318Nagasree P., Ramji K., Haritha T., Santoshi B. Polymer based MWCNT/Nickel Zinc Ferrite nanocomposites for RAS application with simulation / Mater. Today: Proc. 2019. Vol. 18. P. 406 – 412. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.06.318Исаев И. М., Костишин В. Г., Шакирзянов Р. И., Каюмова А. Р., Салогуб Д. В. Электромагнитные свойства полимерных композитов Li0,33Fe2,29Zn0,21Mn0,17O4/П(ВДФ- ТФЭ) в области частот 100 – 7000 МГц / ФТП. 2022. Т. 56. № 1. С. 114 – 119. DOI: 10.21883/FTP.2022.01.51821.9728Isaev I. M., Kostishin V. G., Shakirzyanov R. I., Kayumova A. R., Salogub D. V. Electromagnetic Properties of Li0.33Fe2.29Zn0.21Mn0.17O4/P(VDF-TFE) Polymer Composites in the Frequency Range 100 – 7000 MHz / Phys. Tech. Sem. 2022. Vol. 56. N 1. P. 114 – 119 [in Russian]. DOI: 10.21883/FTP.2022.01.51821.9728Костишин В. Г., Исаев И. М., Шакирзянов Р. И., Салогуб Д. В., Каюмова А. Р., Олицкий В. К. Радиопоглощающие свойства феррит-полимерных композитов поливиниловый спирт / Ni-Zn феррит / ЖТФ. 2022. Т. 92. № 1. С. 131 – 137. DOI: 10.21883/JTF.2022.01.51862.217-21Kostishin V. G., Isaev I. M., Shakirzyanov R. I., Salogub D. V., Kayumova A. R., Olitsky V. K. Radar absorbing properties of ferrite-polymer composites polyvinyl alcohol/ Ni-Zn ferrite / J. Tech. Phys. 2022. Vol. 92. N 1. P. 131 – 137 [in Russian]. DOI: 10.21883/JTF.2022.01.51862.217-21Исаев И. М., Костишин В. Г., Шакирязнов Р. И., Каюмова А. Р., Олицкий В. К., Салогуб Д. В. Радиопоглощающие и радиоэкранирующие характеристики феррит-полимерных композитов Mn-Zn феррит/П (ТФЭ-ВДФ) / ЖТФ. 2022. Т. 92. № 3. C. 462 – 471. DOI: 10.21883/JTF.2022.03.52142.242-21Isaev I. M., Kostishin V. G., Shakiryaznov R. I., Kayumova A. R., Olitsky V. K., Salogub D. V. Radar absorbing and radio shielding characteristics of ferrite-polymer composites Mn-Zn ferrite/P(TFE-VDF) / J. Tech. Phys. 2022. Vol. 92. N 3. P. 462 – 471 [in Russian]. DOI: 10.21883/JTF.2022.03.52142.242-21Исаев И. М., Костишин В. Г., Коровушкин В. В. и др. Кристаллохимия и магнитные свойства поликристаллических ферритов-шпинелей Li0,33Fe2,29Zn0,21Mn0,17O4 / ЖНХ. 2021. Т. 66. № 12. С. 1792 – 1800. DOI: 10.31857/S0044457X21120059Isaev I. M., Kostishin V. G., Korovushkin V. V., et al. Crystal Chemistry and Magnetic Properties of Polycrystalline Spinel Ferrites Li0.33Fe2.29Zn0.21Mn0.17O4 / Russ. J. Inorg. Chem. 2021. Vol. 66. N 12. P. 1917 – 1924. DOI: 10.1134/S0036023621120056Pullar R. C. Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics / Prog. in Mater. Sci. 2012. Vol. 57. P. 1191 – 1334. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2012.04.001Pullar R. C. Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics / Prog. in Mater. Sci. 2012. Vol. 57. P. 1191 – 1334. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2012.04.001Narang S., Pubby K. Nickel Spinel Ferrites: a review / J. Magn. Magn. Mater. 2021. Vol. 519. P. 167163. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.167163Narang S., Pubby K. Nickel Spinel Ferrites: a review / J. Magn. Magn. Mater. 2021. Vol. 519. P. 167163. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.167163Vakhitov M. G., Klygach D. S., Vinnik D. A., Zhivulin V. E., Knyazev N. S. Microwave properties of aluminum-substituted barium hexaferrite BaFe12–xAlxO19 ceramics in the frequency range of 32 – 50 GHz / J. Alloys Compd. 2020. Vol. 816. P. 152682. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152682Vakhitov M. G., Klygach D. S., Vinnik D. A., Zhivulin V. E., Knyazev N. S. Microwave properties of aluminum-substituted barium hexaferrite BaFe12–xAlxO19 ceramics in the frequency range of 32 – 50 GHz / J. Alloys Compd. 2020. Vol. 816. P. 152682. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152682Летюк Л. М., Балбашов А. М., Крутогин Д. Г. и др. Технология производства материалов магнитоэлектроники. — М.: Металлургия, 1994. — 416 с.Letyuk L. M., Balbashov A. M., Krutogin D. G., et al. Technology of production of magnetoelectronic materials. — Moscow: Metallurgiya, 1994. — 416 p. [in Russian].Боков В. А. Физика магнетиков: учеб. пособие для вузов. — СПб.: Невский диалект, БХВ-Петербург, 2002. — 272 с.Bokov V. A. Physics of Magnetics. — St. Petersburg: Nevsky Dialekt, BHV-Peterburg, 2002. — 272 p. [in Russian].Кочервинский В. В. Свойства и применение фторсодержащих полимерных пленок с пьезо- и пироактивностью / Успехи химии. 1994. Т. 63. № 4. С. 383 – 388. DOI: 10.1070/RC1994v063n04ABEH000090Kochervinsky V. V. The properties and applications of fluorine-containing polymer films with piezo- and pyro-activity / Russ. chem. rev. 1994. Vol. 63. N 4. P. 367 – 371. DOI: 10.1070/RC1994v063n04ABEH000090Aslam M., Kalyar M., Raza Z. Polyvinyl Alcohol: A Review of Research Status and Use of Polyvinyl Alcohol Based Nanocomposites / Polym. Eng. Sci. 2018. Vol. 58. P. 2119 – 2132. DOI: 10.1002/pen.24855Aslam M., Kalyar M., Raza Z. Polyvinyl Alcohol: A Review of Research Status and Use of Polyvinyl Alcohol Based Nanocomposites / Polym. Eng. Sci. 2018. Vol. 58. P. 2119 – 2132. DOI: 10.1002/pen.24855Bur A. J. Dielectric properties of polymers at microwave frequencies: a review / Polymer. 1985. Vol. 26. P. 963 – 977.Bur A. J. Dielectric properties of polymers at microwave frequencies: a review / Polymer. 1985. Vol. 26. P. 963 – 977.Wu Y., Han M., Tang Z., Deng L. Eddy current effect on the microwave permeability of Fe-based nanocrystalline flakes with different sizes / J. Appl. Phys. 2014. Vol. 115. P. 163902. DOI: 10.1063/1.4872237Wu Y., Han M., Tang Z., Deng L. Eddy current effect on the microwave permeability of Fe-based nanocrystalline flakes with different sizes / J. Appl. Phys. 2014. Vol. 115. P. 163902. DOI: 10.1063/1.4872237Tsuoka T. Frequency dispersion of complex permeability in Mn-Zn and Ni-Zn spinel ferrites and their composite materials / J. Appl. Phys. 2003. Vol. 93. N 5. P. 2789 – 2796. DOI: 10.1063/1.1542651Tsuoka T. Frequency dispersion of complex permeability in Mn-Zn and Ni-Zn spinel ferrites and their composite materials / J. Appl. Phys. 2003. Vol. 93. N 5. P. 2789 – 2796. DOI: 10.1063/1.1542651

The authors declare that there are no conflicts of interest present.