بخشی از مقاله
خلاصه
تداخل امواج الکترومغناطیس از مشکلات اساسی است که انسانها در زندگی مدرن با آن روبرو هستند. استفاده از سپرهای محافظ با خاصیت هدایت الکتریکی و مغناطیسی زیاد، مقاوم، منعطف و ارزان از دغدغههای اساسی محققان میباشد در این پژوهش نانوذرات کروی هماتیت - Fe2O3 - به روش فرآوری مکانیکی تهیه و توسط روش SEM شناسایی شدند. فیلمهای نانوکامپوزیت پلیوینیلالکل -پلیاتیلنگلیکول/هماتیت با درصدهای وزنی مختلف از هماتیت تهیه شدند و اثر پوشش و استحفاظ آنها در برابر امواج الکترومغناطیس طی استاندارد ASTM D4935-99 در فرکانس پایین بدست آمد. برای اندازهگیری بهرهی استحفاظ فیلمهای تهیه شده از یک قطعهی هم محور اندازهگیری بهرهی استحفاظ با طراحی ساده استفاده شد. براساس نتایج بدست آمده، بهرهی استحفاظ فیلمهای نانوکامپوزیت آماده شده با افزایش درصد وزنی هماتیت افزایش مییابند. در این تحقیق اثر ضخامت بر بهرهی استحفاظ فیلمهای نانوکامپوزیت نیز بررسی شد.با افزایش ضخامت در فیلمهای نازک نانوکامپوزیت بهرهی استحفاظ کل در فرکانس پایین کاهش مییابد.
واژههای کلیدی: تداخل امواج الکترومغناطیس، بهرهی استحفاظ، پلیوینیلالکل، نانوکامپوزیت، هماتیت
.1 مقدمه
اختلال در عملکرد یک وسیله، کانال مخابراتی یا سیستم که توسط مزاحمت امواج الکترومغناطیس از یک منبع خارجی ایجاد میشود را تداخل امواج الکترومغناطیس - 1EMI - مینامند. یکی از راههای مقابله با پدیدهی تداخل امواج الکترومغناطیس استفاده از سپر است. این سپرهای محافظ را در اطراف منابع تولید امواج الکترومغناطیس یا گیرندههای این امواج که تجهیزات الکترونیکی مورد تهدید می باشند میتوان استفاده کرد. فلزات، پلیمرهای آکریلونیتریل با روکش نیکل، ساختارهای آلومینیومی و کامپوزیتهای تقویت شده با مواد نانو ازجمله موادی هستند که بهرهی استحفاظ بالایی در برابر امواج الکترومغناطیس دارند. اما محدودیتهایی مانند خوردگی سطح آنها، فرآیند طولانی تولید، هزینههای بالا، محدودیت انعطافپذیری و شکلپذیری به همراه دارند.
امروزه نانوکامپوزیتها با بسترهای پلیمری یکی از انتخابهای مناسب برای استحفاظ در برابر امواج الکترومغناطیس محسوب میشوند. در این پژوهش میزان بهرهی استحفاظنانوکامپوزیت پلیوینیلالکل-پلیاتیلنگلیکول/هماتیت بررسی شده است. هماتیت - Fe2O3 - یکی از اکسیدهای متداول آهن است که به صورت سنگ معدن به فراوانی یافت میشود. یکی از انواع هماتیتها به رنگ قرمز-قهوهای با ساختار آمورف، نیمه رسانا - آنتی فرومغناطیس کج شکل - و دارای خاصیت مغناطیسی میباشد. از مزایای استفاده از سنگ اکسید آهن علاوه بر در دسترس بودن و کاهش هزینهها، در برابر خوردگی مقاوم است .[1-3]نانوذرات به علت سطح ویژه و فعالیت زیاد در برابر هوا به سرعت اکسید میشوند و تمایل زیادی برای تجمع، انباشتگی و چسبیدن به یکدیگر دارند که پراکندگی نانوذرات را دشوار میکند. کاربرد نانوذرات در کامپوزیتها با بستر پلیمری یکی از راههای حفاظت و استفادهی بهینه از آنها میباشد.
پلیوینیلالکل محلول در آب، غیر سمی، مقاوم و در عین حال دارای انعطافپذیری بالا جهت فیلمسازی و پوشش سطوح دارای خواص فیزیکی و شیمیایی مناسبی میباشد که میتوان از آن به عنوان بستر نانوکامپوزیت و نگهدارندهی نانوذرات مغناطیسی و رسانا برای پوشش قطعات الکترونیکی در برابر امواج الکترومغناطیس استفاده کرد .[4-7]گاهی خواص ذاتی پلیمر بستر نانوکامپوزیت برای یک کاربرد خاص کافی نمیباشد، به کمک تهیهی پلیمر ترکیبی به آسانی و با کمترین هزینه و در اسرع وقت میتوان خواص بستر پلیمری نانوکامپوزیت را ارتقا داد. پلیمر ترکیبی از مخلوط فیزیکی پلیمرهای مختلف بدست میآید. در این نوع پلیمر به جای بوجود آمدن پیوندهای کوالانسی، پیوند هیدروژنی بین پلیمرها ایجاد میشود . به علت مقاومت کششی زیاد، پایداری شیمیایی، مقاوم بودن در برابر ساییدگی و فرسایش و قابلیت ترکیب شدن با سایر پلیمرها، پلیوینیلالکل برای ساختن پلیمر و نانوکامپوزیت ترکیبی مناسب است.
پلیوینیلالکل از زنجیرههای کربنی شامل گروه عاملی هیدروکسیل متصل به کربن متان تشکیل شده است که گروه عاملی OH منبع تشکیل پیوند هیدروژنی میباشد. این پیوندهای هیدروژنی هنگام ساختن پلیمرهای ترکیبی عامل اتصال پلیوینیلالکل با سایر پلیمرها میباشند. نانوذرات هماتیت به راحتی در آب حل نمیشوند، برای پراکندگی بهتر نانوذرات هماتیت درون کامپوزیت از پلیاتیلنگلیکول استفاده میشود. پلیاتیلنگلیکول نیز یک پلیمر غیر سمی با قابلیت انعطافپذیری زیاد برای پوشش سطوح میباشد که به راحتی با پلیوینیلالکل ترکیب و به عنوان منعطف کنندهی آن استفاده میشود. پلیوینیلالکل و پلیاتیلنگلیکول هر دو در آب محلول هستند .[8-11]
.1-1 پدیدهی استحفاظ و تعاریف آن
سپر مانعی در برابر امواج الکترومغناطیس است که عبور آنها را از طریق جذب و انعکاس کنترل میکند. عوامل متعددی مانند هدایت الکتریکی - - ، ضریب گذردهی دیالکتریک - - ، نفوذپذیری مغناطیسی - - و ساختار هندسی مواد سازندهی سپر تاثیر بسزایی در عملکرد آن دارد. پدیدهی استحفاظ طی سه مکانسیم جذب - A - 1، انعکاس - R - 2 و انعکاسهای داخلی متوالی 3 - MRIs - - با نماد B نمایش داده میشود - رخ میدهد. این سه مکانیسم در شکل 1 نشان داده شدهاند. طی این سه مکانیسم بهرهی استحفاظ از معادلهی - 1 - بدست میآید .[12]بهرهی استحفاظ 1 - SE - بر اساس میزان کاهش توان یا میدان امواج الکترومغناطیس عبوری از میان سپر محاسبه میشود.
بهرهی استحفاظ از معادلهی - 2 - بدست میآید .[13]H0 E0 و P0 به ترتیب میدان الکتریکی، مغناطیسی و توان ورودی به سپر هستند و E1، H1 و P1 به ترتیب میدان الکتریکی، مغناطیسی و توان خروجی از سپر میباشند. بهرهی استحفاظ تجربی، با اندازهگیری میدان الکتریکی سپر در حالت بارگذاری و مرجع و جایگذاری در معادلهی - 3 - محاسبه میشود .[13]EL و ER به ترتیب میدان الکتریکی حالت بارگذاری - میدان الکتریکی عبوری از سپر - و حالت مرجع - میدان الکتریکی ورودی به سپر - هستند .[13]در این تحقیق بهرهی استحفاظ در فرکانس پایین به کمک تجهیزاتی مانند مولد امواج الکترومغناطیس2 به عنوان ورودی، اسیلوسکوپ3 برای نمایش پتانسیل و قطعهی نگهدارندهی فیلم طراحی شده توسط واسکوئز4 اندازهگیری شده است .[14]
هدف از این تحقیق سنتز یک سپر الکترومغناطیس نانوکامپوزیتی ارزان قیمت، با فرآیند تولید آسان، عملکرد بالا، انعطافپذیر و با قابلیت پوشش سطوح مختلف میباشد. به همین علت از بستر پلیمری پلیوینیلالکل و نانوپرکنندهی هماتیت استفاده شده است. نانوذرات هماتیت با استفاده از آسیاب سیارهای تولید و کاهش اندازهی ذرات هماتیت بررسی شده است. فیلمهای نانوکامپوزیت به روش فرآوری حلال تهیه شدند. عملکرد و بهرهی استحفاظ سپر مطابق استاندارد
