Анализ электромагнитных свойств композитов 2000НН/2000НМ с сегнетоэлектрическими и полимерными матрицами

В работе представлены результаты исследования электрофизических свойств феррит-диэлектрических композитов, в которых в качестве включений выбраны Mn-Zn- и Ni-Zn-ферриты-шпинели с одинаковой начальной магнитной проницаемостью (марки 2000НМ и 2000НН соответственно), но разными электрическими сопротивлениями. В качестве матриц для композитов использовали полимерные и керамические диэлектрики с различным значением диэлектрической проницаемости: полистирол (ПС525), поливинилиденфторид (марка Ф2МВ), цирконат-титанат свинца (ЦТС-21), титанат бария (ТБК-3). Экспериментальные образцы композитов получали методом горячего (если матрица — полимер) или холодного прессования со связкой (если матрица — керамический сегнетоэлектрик). Показано, что радиопоглощающие свойства полученных композитов во многом зависят от электрофизических свойств диэлектрической матрицы и удельного электросопротивления наполнителя. Наибольшее ослабление электромагнитных волн 25 – 27 дБ в диапазоне частот 4 – 5 ГГц наблюдали для феррит-полимерных композитов с полупроводниковым наполнителем 2000НМ при толщине радиопоглощающего материала 6 мм. Для композитов с наполнителем Mn-Zn-феррит также фиксировали выраженный сдвиг области дисперсии магнитной проницаемости, что в свою очередь меняло частотное положение пикового радиопоглощения. Для композитов с сегнетоэлектрической матрицей область рабочих частот для обоих наполнителей смещалась в низкочастотную область (1 – 4 ГГц) с максимальным ослаблением до 22 дБ при той же толщине материала. Экспериментально было установлено, что при массовой концентрации феррита C_m = 40 % с увеличением диэлектрической проницаемости матрицы уменьшается частота центра минимума поглощения f_ц и минимальное значение коэффициента отражения на металлической пластине для наполнителя с высоким электросопротивлением 2000НН. В случае композитов с наполнителем 2000НМ зависимость (ε’ матрицы) проходит через минимум. Полученные композиты можно рассматривать как эффективные радиопоглощающие материалы для диапазона частот 1 – 6 ГГц с пиковым ослаблением электромагнитной волны в диапазоне 14 – 27 дБ и рабочей полосой частот (менее 10 дБ) в диапазоне 1,1 – 2,5 ГГц.

1. Михайлин Ю. А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. — СПб.: Научные основы и технологии, 2010. — 822 с.

2. Михайлин Ю. А. Специальные полимерные композиционные материалы. — СПб.: Научные основы и технологии, 2008. — 660 с.

3. Sankaran S., Deshmukh K., Ahamed M., Khadheer Pasha S. Recent advances in electromagnetic interference shielding properties of metal and carbon filler reinforced flexible polymer composites: а review / Compos. — A: Appl. Sci. 2018. Vol. 114. P. 49 – 71. DOI: 10.1016/j.compositesa.2018.08.006

4. Костишин В. Г., Шакирзянов Р. И., Исаев И. М., Салогуб Д. В. Исследование радиопоглощающих характеристик полимерных композитов с ферритовыми наполнителями / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 6. С. 31 – 45. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-6-31-45

5. Houbi A., Aldashevich Z., Atassi Y., et al. Microwave absorbing properties of ferrites and their composites: a review / J. Magn. Magn. Mater. 2021. Vol. 529. P. 167839. DOI: 10.1016/j.jmmm.2021.167839

6. Летюк Л. М., Костишин В. Г., Гончар А. Н. Технология ферритовых материалов магнитоэлектроники. — М.: МИСиС, 2005. — 352 с.

7. Pullar R. C. Hexagonal ferrites: а review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics / Prog. Mater. Sci. 2012. Vol. 57. N 7. P. 1191 – 1334. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2012.04.001

8. Narang S., Pubby K. Nickel Spinel Ferrites: а review / J. Magn. Magn. Mater. 2021. Vol. 519. P. 167163. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.167163

9. Meng X., Zhang X., Lu C., et al. Enhanced absorbing properties of three-phase composites based on a thermoplastic-ceramic matrix (BaTiO3 + PVDF) and carbon black nanoparticles / J. Mater. Chem. A. 2014. Vol. 2. P. 18725. DOI: 10.1039/C4TA04493B

10. Mandal A., Kumar Das C. Effect of BaTiO3 on the Microwave Absorbing Properties of Co-Doped Ni-Zn Ferrite Nanocomposites / J. Appl. Polym. Sci. 2014. Vol. 131. P. 39926. DOI: 10.1002/app.39926

11. Kim S. S., Jo S. B., Gueon K. I., et al. Complex Permeability and Permittivity and Microwave Absorption of Ferrite-Rubber Composite in X-band Frequencies / IEEE Trans. Magn. 1991. Vol. 6. N 27. P. 5462 – 5464. DOI: 10.1109/20.278872

12. Кочервинский В. В. Структура и свойства блочного поливинилиденфторида и систем на его основе / Усп. хим. 1996. Т. 10. С. 936 – 987. DOI: 10.1070/rc1996v065n10abeh000328

13. Saxena P., Shukla P. A comprehensive review on fundamental properties and applications of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) / Adv. Compos. Hybrid. Mater. 2021. Vol. 4. P. 8 – 26. DOI: 10.1007/s42114-021-00217-0

14. Ruan L., Yao X., Chang Y., et al. Properties and Applications of the β Phase Poly(vinylidene fluoride) / Polymers. 2018. Vol. 10. P. 228. DOI: 10.3390/polym10030228

15. Martins P., Lopes A., Lanceros-Mendez S. Electroactive phases of poly(vinylidene fluoride): Determination, processing and applications / Prog. Polym. Sci. 2014. Vol. 39. P. 683 – 706. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2013.07.006

16. Panda P., Sahoo B. PZT to Lead Free Piezo Ceramics: A Review / Ferroelectrics. 2015. Vol. 474. N 1. P. 128 – 143. DOI: 10.1080/00150193.2015.997146

17. Крупичка С. Физика ферритов и родственных им магнитных окислов. Т. 2. — М.: Мир, 1976. — 491 с.

18. Parashar J., Saxena V., Bhatnagar D., Sharma K. Dielectric behaviour of Zn substituted Cu nano-ferrites / J. Magn. Magn. Mater. 2015. Vol. 394. P. 105 – 110. DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.06.044

19. Лопатин А., Казанцева Н., Казанцев Ю. и др. Эффективность использования магнитных полимерных композитов в качестве радиопоглощающих материалов / Радиотехника и электроника. 2008. Т. 53. ¹ 5. С. 517 – 526. DOI: 10.1134/S106422690805001X

20. Kazantseva N. E. Magnetic particle-filled polymer microcomposites / Polymer Composites. 2012. P. 613 – 672.

21. Tsutaoka 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

22. Исаев И. М., Костишин В. Г., Шакирязнов Р. И. и др. Радиопоглощающие и радиоэкранирующие характеристики феррит-полимерных композитов Mn-Zn феррит/П (ТФЭ-ВДФ) / ЖТФ. 2022. Т. 92. ¹ 3. С. 462 – 471. DOI: 10.21883/JTF.2022.03.52142.242-21