マイクロ波

Scientific Reports volume 12、記事番号: 4385 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

最近、シリコーンゴムをベースとした柔軟なマイクロ波吸収複合材料の応用と開発が、徐々に研究のホットスポットになってきています。 この研究では、メチルビニルフェニルシリコーンゴム（MPVQ）/カルボニル鉄粒子（CIP）/グラフェン（GR）複合材料を機械的ブレンドによって調製し、複合材料のマイクロ波吸収特性に対する熱老化温度の影響を調査しました。 。 熱老化温度がマイクロ波吸収挙動に及ぼす影響のメカニズムが特定されました。 結果は、エージングされていない複合材料が優れたマイクロ波吸収特性を備え、最小反射損失 (RLmin) が - 87.73 dB、最小厚さ 1.46 mm、有効吸収帯域幅 (EAB、RL < - 10 dB) が 5.8 GHz に達することを示しています。 (9.9 ～ 15.7 GHz)。 240 °C で 24 時間エージングすると、厚さ 2.55 mm で周波数 5.48 GHz での RLmin は - 45.55 dB となり、EAB 値は 2 GHz (範囲 4.6 ～ 6.6 GHz) に達します。 熱老化プロセスでは、MPVQ で架橋反応が発生し、架橋密度が 5.88 × 10−5 mol g−1 (未老化) から 4.69 × 10−4 mol g−1 (240 °C で老化) に増加します。 同時に、複合材料の熱劣化によりゴム濃度が低下します。 さらに、少量の CIP が酸化されて Fe3O4 になり、残りの CIP が集合してより導電性の経路が生成されます。 その結果、複合材料の誘電損失が大幅に改善され、インピーダンス整合が不十分になります。 複合材料のマイクロ波吸収特性は、熱老化温度が 200 °C から 240 °C に上昇するにつれて徐々に低下します。

近年、電子通信産業の隆盛な発展に伴い、人間の健康、情報の安全性、生態環境に有害な電磁波汚染の問題がますます深刻になっています1、2、3、4、5。 したがって、強力な吸収能力を備えた、薄く、広帯域で、低コストのマイクロ波吸収材料を製造するための研究開発が、この業界の主な目的です6、7、8。 入手可能なマイクロ波吸収材料の中には、ゴムマトリックスをベースとした材料があり、マイクロ波吸収特性に優れているだけでなく、機械的性能や加工性能にも優れているため、大きな注目を集めています9,10。 ほとんどのゴムは電磁波透過性を備えており、マイクロ波吸収特性への影響はほとんどありません。 高性能のゴムベースの吸収材料を調製するには、誘電材料（グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブなど）や磁性材料（CIP、FeSiAl、フェライトなど）などのいくつかの電波吸収フィラーがゴムマトリックスに不可欠です。 11、12、13に。 例えば、Xun et al.14 は、最小反射損失 (RLmin) が -37.5 dB で優れたマイクロ波吸収性能を示すカルボニル鉄粉 (CIP)/多層カーボンナノチューブ (MWCNT)/シリコーンゴム (VMQ) 複合材料を調製しました。 3.7 GHz の実効吸収帯域幅 (EAB)。 CIP/ポリウレタン (PU)/グラフェン (GR) 複合材料は Duan らによって製造されました 15。Duan らは、誘電体/磁性複合材料の相乗効果によって電磁波の減衰が改善できることを実証しました。 しかし、一部のゴムの熱分解や過剰な架橋が高温で起こると、ゴムマトリックス中のマイクロ波吸収フィラーの濃度と分布が変化し、材料のマイクロ波吸収特性にさらに影響を及ぼします。 さらに、ゴムマトリックスの分子構造が破壊されると、マイクロ波吸収性充填剤の保護が低下し、その結果、充填剤が高温で酸化されてしまいます16。 例えば、Zhang et al.17 は、CIP/VMQ 複合材料のマイクロ波吸収特性に対する熱老化時間の影響を報告しました。 200 °C で 12 日間エージングした後、複合材料の RLmin は - 33.7 から - 18.8 dB に変化し、EAB は 1.76 GHz から 1.02 GHz に減少しました。これは、マトリックスとしてのシリコーンゴムの耐熱エージング耐性が必要であることを示しています。マイクロ波吸収体として CIP のみを使用すると、複雑な比誘電率と透磁率のバランスが取れなくなるという欠点があります。 特に、比較的低密度で高い導電性を備えた CIP と GR のハイブリッドは、複合材料のインピーダンス整合とマイクロ波吸収性能を向上させるのに有益です 18、19、20、21。