بررسي فنی و اقتصادی نانوپوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی

فناوری نانو نگرشی جدید به همه‎ی علوم و فنون است. علم و فناوري نانو به پيشرفت و توسعه در علوم فيزيک، شيمي، مواد و مهندسي کمک بسياري کرده است.کاربردهای گسترده‎ی فناوری نانو در صنایع مختلف به خصوص مواد پیشرفته به دلیل قابلیت‎های منحصر به فرد محصولات تولید شده در مقایسه با محصولات موجود در بازار است. این فناوری توانسته در زمان کوتاهي توجه بسياري را به خود جلب کند. صنايع تولید مواد پیشرفته نقش مهمي را نه تنها در توسعه نانو مواد بلکه در استفاده از آن در کاربردهاي مختلف ايفا نموده است. يکي از حوزه‎هايي که نانو فناوری در آن وارد شده است صنعت پوشش‎هاي جاذب امواج الکترومغناطیسی است. از فناوری نانو در این نوع پوشش‎ها به منظور بهبود بازدهی جذب امواج، افزایش بازه‎ی بسامد جذب شده، کاهش ضخامت و وزن پوشش‎ها استفاده شده است.

تمامی شرکت‎هاي بزرگ توليد کننده پوشش‎های جاذب، سرمايه زيادي را در بخش تحقيق و توسعه خود براي افزایش بازدهی جذب امواج در مقابل کاهش ضخامت این نوع پوشش‎ها صرف مي‎کنند. اگرچه فرمول‎هاي متنوعی براي این پوشش‎ها در سال‎هاي اخير ارائه شده است؛ اما هيچ کدام از آن‎ها نتوانسته به همه نيازهاي موجود در يک فرمولاسيون واحد پاسخ دهد. به عنوان مثال يک سيستم پوششي با بازدهی جذب موج مناسب در بازه‎ی بسامدی باند (S) ممکن است در بازه‎ی بسامدی باند (X) از جذب مطلوبی برخوردار نباشد و یا يک پوشش با جذب عالی دارای ضخامت و در نتیجه وزن زیادی باشد. بنابراين دست‎يابي به فرمولاسيون پوششی که در تمام شرايط کارآ باشد، دستاورد بزرگي است. فناوري نانو در پوشش‎هاي جاذب مي‎تواند به اين نياز پاسخ دهد. پوشش‎های جاذب برپایه نانوذرات مي‎تواند بسياري از خواص سيستم پوشش را بهبود بخشد و پوششي چند منظوره با تفاوت قيمت پايين ايجاد کند. مزاياي اصلي استفاده از پوشش‎هاي نانو عبارتند از:

• جذب موج بالای پوشش
• افزایش بازه بسامدی جذب امواج
• کاهش ضخامت پوشش
• کاهش وزن پوشش
• امکان کامپوزیت‎سازی و استفاده هم زمان از چند ماده
• تر شوندگی بهتر ذرات نانویی
• امکان ساخت پوشش جاذبی با استحکام مکانیکی بالا
• امکان ساخت پوشش جاذب مقاوم به خوردگی
• بهبود چسبندگي بر سطوح مختلف

 

2. پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی

امروزه با گسترش روز افزون استفاده از فناوری اطلاعات و استفاده از تجهیزاتی که در کارکرد خود از تابش امواج الکترومغناطیسی بهره می‎برند، اثراتی که این امواج می توانند روی بدن انسان و یا کارایی دستگاه‎های مختلف داشته باشند، مورد توجه قرار گرفته است. در اين راستا در سال‌‌هاي اخير ارائه انواع پوشش‎هاي حفاظتي با توانايي جذب امواج بیش از 10 dB با پهناي باند بسامدی جذب مناسب، بسيار مورد توجه قرار گرفته است. بنا به کاربرد این نوع پوشش‎ها اعم از جذب امواج الکترومغناطیسی و یا مقابله با تداخل امواج، مواد و همچنین روش‎های مختلفی برای ایجاد این پوشش‎ها معرفی شده است.

انواع موادی که به عنوان پر کاربرد ترین جاذب‎هاي امواج الکترومغناطیسی شناخته می‎شوند عبارتند از: نانو پودرهاي فلزي، الياف رسانا، نانوذرات مغناطيسي، نانو لوله‎ها و نانوالياف کربنی. هر یک از اين جاذب‎ها مزايا و معايبي دارند. از جمله معايب این مواد مي توان به وزن مخصوص زیاد، پهناي باند بسامدی جذب محدود و ضعف عملکرد در دماي بالا اشاره کرد. یکی از راه‎های ساخت پوشش‎های جاذبی با عملکرد مناسب، ساخت پوشش‎های نانوکامپوزیتی با بهره گیری از خواص چند ماده‎ی جاذب در کنار یکدیگر در قالب یک ساختار منفرد است.

خواص دی الکتریکی و مغناطیسی، و نیز سازوکار‌های اتلاف مرتبط با آنها، مهم‎ترین نکات مورد توجه در انتخاب و سنتز مواد جاذب هستند. بر همین اساس معمولا جاذب‎های امواج الکترومغناطیسی را با توجه به سازوکار غالب جذبشان به دو گروه اصلی جاذب‎های دی الکتریک و جاذب‎های مغناطیسی طبقه بندی می‎کنند. جاذب‎هاي کربني اغلب از نوع اول هستند. بيشتر مواد کربني که برای ساخت پوشش‎های جاذب به کار گرفته شده‎اند عبارتند از: گرافيت، الياف کربني، نانولوله هاي کربني و گرافن. اگرچه نانولوله‌هاي کربني عملکرد بهتري درمقايسه با سایر مواد کربنی جاذب دارند، ولي از الياف کربني به دليل هزينه‎ي کمتر توليد و آماده سازي بيشتر استفاده مي شود.

تجربه نشان داده است که استفاده از یک ماده صرفا دی الکتریک و یا مغناطیسی برای ساخت یک جاذب مناسب پاسخگو نیست. به همین دلیل در پوشش‎های جاذب دارای مواد کربنی معمولا از یک ماده‎ی دارای تلفات مغناطیسی نیز استفاده می شود. از مهم ترین این مواد می توان به نانوذرات آهن، نیکل، منگنز و همچنین نانو ذرات اکسید آهن، فریت کبالت، فریت نیکل، فریت استرانسیم و اکسید مس اشاره کرد.

3. تاريخچه پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی

 

تاریخچه‎ی طولانی از تحقیقات در زمینه جاذب هاي برپایه کربن وجود دارد. اولین استفاده از ذرات کربن در جاذب‎ها به سال 1936 باز می‎گردد یعنی زمانی که یک جاذب برپایه‎ی گرافیت و TiO₂ در هلند اختراع شد. در طول جنگ جهانی دوم، ایات متحده آمریکا مواد جاذبی برپایه لاستیک‎هاي پرشده با گرافیت ساخت که به نام رنگ‎هاي ضد تابش هالپرن[1] شناخته شدند. این رنگ یک اجراي موفق از جاذب‎هاي امواج رادار روی تجهیزات هوابرد و دریابرد با جذب موج بیشینه‎ای در حدود 15 تا 20 dB در باند X بود. علاقه‎ی زیادي براي کار روي جاذب‎هايی با پهناي باند بسامدی جذب پهن پس از جنگ جهانی دوم به وجود آمد. در این میان پلاسترهای پر شده با کربن و گرافیت از جمله جاذب هایی بودند که بیشترین تحقیقات روی آنها انجام شد. در دهه‎ی 1950 جاذب‎هاي برپایه‎ی کربن مورد استفاده تجاري قرار گرفتند. براي مثال، اسپانگس ساخته شده از موي حیوانات پوشش داده شده با کربن، توسط شرکت اسپانگ ساخته شد که قادر به تضعیف 20 dB با ضخامت 50/8 میلی متری در بازه‎ی بسامدی 2/4 تا 10 GHz با تابش موج عمودی بود. با توسعه ساختارهاي جاذب خاص در دهه هاي 1960 و 1970، سایر مواد بر پایه‎ی کربن مانند الیاف کربنی براي پرکردن یا پوشش ساختارهاي شبکه مانند، ساختارهاي بافته یا ساختارهاي لانه زنبوري به کار گرفته شدند [1].

تا دهه 1990 و پیدایش نانولوله هاي کربنی، کربن سیاه و گرافیت جز بهترین مواد براي ساخت مواد جاذب بودند، در این سال نانولوله کشف شده و پتانسیل زیادي براي کاربردهاي صنعتی ایجاد کردند. با شروع هزاره جدید و بهبود رویکردهاي طراحی و همچنین پیشرفت روش هاي سنتز مواد، جاذب‎هاي دیگري بر پایه انواع مختلف کربن با خصوصیات جذب خوب ساخته شدند. اخیرا گرافن نیز به خانواده کربن در کاربردهای جذب امواج مایکروویو افزوده شده است [1].

از دهه هاي گذشته تا پیشرفت هاي اخیر در نانوپلاستیک‌ها، آمیزش سنتی پلاستیک‌ها و حوزه‎های توسعه یافته در نانوفناوری، نتایج ثابت کرده است که پلیمرهاي پرشده با مواد برپایه‎ی کربن خواص منحصربه فرد بهبود یافته اي شامل: استحکام و دوام، هدایت الکتریکی، مقاومت به شعله، جذب UV و کاهش نفوذپذیری دارند. مواد جاذب خوب نه تنها بایستی از جذب زیاد و پهناي باند بسامدی جذب گسترده‎ای برخوردار باشند، بلکه بایستی سبک، نازك و مقرون به صرفه نیز باشند. بنابراین مواد پلیمري پایه کربنی انتخاب مناسبی براي ساخت کامپوزیت‎های جاذب هستند [1].

جاذب‎هاي دي الکتریک از موادی با نفوذپذیري الکتریکی (′ε) پایین که اتلاف (″ε) بالایی را داشته باشند، ساخته می شوند. از جاذب هاي دي الکتریکی در ساخت جاذب‎های رزونانسی نیز استفاده می‎شود. کامپوزیت‎هاي حاوي پرکننده‎هاي رسانا با زمینه‎ي پلیمري نیز به صورت گسترده در ساخت جاذب‎هاي دی الکتریکی استفاده می‎شوند. پرکننده‎هاي مورد استفاده در این جاذب‎ها گرافیت، کربن سیاه، فلزات، اکسید فلزات، نیمه -رساناها و پلیمرهاي رسانا هستند. با تغییر مقدار اجزاي سازنده‎ي کامپوزیت می‌توان مقادیر′ε و ″ε را بهینه کرد. چگالی این جاذب‎ها کمتر از جاذب‎هاي مغناطیسی است [1].

4. اقتصاد پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی

4-1. پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی در سطح بین الملل

فناوري نانو در پوشش هاي جاذب خواصی از قبیل جذب موج بالا، سبکی، ضخامت کم، ترشوندگی مناسب و افزایش باند بسامدی جذب موج را کنترل نموده و به این صورت قابلیت ارائه پوشش جاذبی با ویژگی هاي ممتازي از قبیل: قابلیت اعمال پوشش روی سطوح مختلف، چسبندگی مناسب به سطح به دلیل ضخامت کم، دوام بالا و غیره را ایجاد می نماید.

بر اساس برآورد های انجام شده توسط موسسه معتبر Global Industry Analysts تا سال 2022، به دلیل گسترش استفاده از فناوری اطلاعات، بازار جهانی پوشش‎های جاذب امواج الکتورمغناطیسی به رقمی در حدود 9/1 میلیارد دلار خواهد رسید.

4-2. پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی در ایران

بر اساس مطالعات انجام شده پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی در ایران تا به حال به تولید انبوه نرسیده‎اند و فقط در مقیاس آزمایشگاهی و یا برای کاربردهای خاص تولید شده‎اند. در همین زمینه مطالعاتی روی نانوکامپوزیت‎های پایه اپوکسی جاذب محتوی الیاف کربن پوشش داده شده با اکسید آهن، کامپوزیت‎های جاذب حاوی نانو ذرات فریت‎های باریم و استرانسیم، کامپوزیت‎های جاذب بر پایه نانولوله‎های کربنی و همچنین کامپوزیت‎های محتوی نانو تیتانات باریم انجام شده است.

5. انواع پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی

5-1. پوشش‌هاي جاذب امواج الکترومغناطیسی لایه‏ای

پوشش‎هاي جاذب امواج الکترومغناطیسی تک لایه پوشش‌هايي هستند که شامل یک لایه از بستر پلیمری یا رزین اپوکسی می شوند که مواد جاذب مغناطیسی یا دی الکتریک در آن پراکنده شده‎اند. دلیل استفاده از بستر غیر رسانا در پوشش‎های جاذب پایین بودن رسانایی الکتریکی این مواد است. بر اساس تئوری جذب موج، هر چه تطابق امپدانسی بین پوشش و هوا بیشتر باشد، کسر بزرگتری از موج برخوردی به سطح پوشش می‎تواند به داخل آن نفوذ کند و پس از اندرکنش با اجزای جاذب، پدیده‎ی جذب اتفاق بیافتد. مهم‎ترین عامل اثر گذار روی میزان تطابق امپدانسی به وجود آمده بین هوا و پوشش، رسانایی الکتریکی آن است. بر این اساس، هر چه رسانایی الکتریکی یک پوشش جاذب کمتر باشد میزان جذب موج آن بیشتر خواهد بود [2].

شکل 1. نمایی از یک جاذب تک لایه.

میزان جذب موج یک جاذب تک لایه به نوع و نسبت وزنی مواد جاذب به بستر پلیمری و همچنين ضخامت جاذب بستگی دارد.

5-1-1. پوشش‌هاي جاذب امواج الکترومغناطیسی چند لایه

در پوشش‎های جاذب تک لایه به دلیل محدودیت‎های موجود امکان ایجاد تطابق امپدانسی 100% با هوا وجود ندارد. به همین دلیل در مواردی که به بازدهی جذب موج بالایی نیاز است، از پوشش‎های چند لایه استفاده می‎کنند. در این پوشش‎ها در ابتدا لایه‎ای از پوشش جاذب قرار داده می‎شود که بیشترین تطابق امپدانسی را با هوا داشته باشد. داشتن چنین لایه‎ی جاذبی مستلزم قرار گرفتن درصد بسیار پایینی از مواد جاذب امواج در این لایه است. به همین ترتیب در این نوع پوشش‎ها در لایه‎های بعدی میزان درصد مواد جاذب افزایش پیدا می‎کند و آخرین لایه از بیشترین میزان نسبت وزنی ماده‎ی جاذب به بستر پلیمری یا رزین اپوکسی برخوردار است [2].

شکل2. شمایی از یک پوشش جاذب چند لایه.

 

مهم‎ترین ویژگی این نوع پوشش‎ها میزان جذب موج بالاتر آنها نسبت به پوشش‎های تک لایه است. یکی از محدودیت‎های استفاده از این پوشش‎ها ضخامت زیاد آنها و به دنبال آن سنگین تر بودن این نوع پوشش‎ها است. در این نوع پوشش‎ها می‎توان با کنترل کردن درصد ماده‎ی جاذب در هر لایه و ضخامت لایه به بیشینه‎ی جذب موج ممکن رسید.

5-1-2. پوشش‌هاي جاذب امواج الکترومغناطیسی بر پایه پلیمرهای رسانا

یکی از جدیدترین انواع پوشش‎های جاذبی که به تازگی معرفی شده‎ است پوشش‎هاي جاذب امواج الکترومغناطیسی بر پایه پلیمرهای رسانا هستند. در این نوع از پوشش‎های جاذب از خواص جذب انرژی موج توسط اندرکنش میدان‎های الکتریکی و مغناطیسی آن با ساختار اتمی و مولکولی پلیمر‎های رسانا استفاده می‎شود. معمولا استفاده از پلیمر‎های رسانا به تنهایی برای جذب امواج کافی نیست به همین دلیل این مواد را روی سطوح مختلف مانند نانولوله‎های کربنی یا فریت‎های مغناطیسی سنتز کرده و از پودر حاصل به عنوان ماده‎ی جاذب امواج الکترومغناطیسی استفاده می‎کنند. مزیتی که پلیمرهای رسانا در جاذب‎ها ایجاد می‎کنند به تلفات جریان‎های گردابی که در آنها ایجاد می‎شود بر می‎گردد [3]. به عبارت دیگر وقتی موج به این مواد برخورد می‎کند به دلیل رسانایی آنها، مقداری از انرژی موج به صورت جریان‎های گردابی القا شده تضعیف می‎شود. مهم‎ترین پلیمرهای رسانایی که تا به حال برای ساخت پوشش‎هاي جاذب امواج الکترومغناطیسی به کار گرفته شده‎اند عبارتند از: 1. پلی آنیلین، 2. پلی پیرول، 3. پلی استایرن. در میان این مواد، پلی آنیلین به دلیل ارزان‎تر بودن و همچنین روش تولید آسان و رسانایی الکتریکی مناسب (10⁴ S/m) بیش از سایرین مورد توجه قرار گرفته است [3].

 

شکل 3. یک ساختار هسته-پوسته‎ای شامل یک هسته مغناطیسی و پوسته از جنس پلی آنیلین.

5-1-3. پوشش هاي جاذب امواج الکترومغناطیسی متخلخل

در این نوع از پوشش‎های جاذب از خاصیت بازتاب پی در پی موج از سطوح پوشش برای جذب آن استفاده می‎شود. یکی از روش‎های ایجاد بازتاب پی در پی، ایجاد تخلخل در پوشش است. به دلیل تفاوت ضریب شکست موجود بین فضای خالی (گاز) و زمینه‎ی پلیمری یا رزین اپوکسی، موج نفوذ کرده به داخل ساختار پس از عبور از فصل مشترک بین فضای خالی و زمینه با تغییر طول موج مواجه می‎شود و به اصطلاح به دام می‎افتد. سپس این موج به دام افتاده با رفت و برگشت پی در پی و برخورد با اجزای جاذب کامپوزیت می‎تواند به طور موثری جذب شود. مهم‎ترین خاصیت این نوع از پوشش هاي جاذب امواج الکترومغناطیسی سبکی زیاد آنها است. محدودیت استفاده از این جاذب ‎ها هم به ضخامت زیاد آنها مربوط می‎شود [4].

شکل 4. نمایی از یک کامپوزیت جاذب امواج  الکترومغناطیسی متخلخل و یک دستگاه الکترونیکی دارای آن.

این نوع پوشش‎ها به عنوان پوشش‎های محافظ در برابر تداخل امواج الکترومغناطیسی در دستگاه‎های الکترونیکی حساس کاربرد فراوانی دارند. از انواع مواد جاذبی که در این نوع پوشش‎ها مورد استفاده قرار می‎گیرد می‎توان به کربن سیاه، گرافیت، فریت آهن و نانولوله‎های کربنی اشاره کرد. از مهم‎ترین شرکت‎های تولید کننده این نوع پوشش‎ها در سطح جهان می توان به شرکت Laird Technologies اشاره کرد.

5-2. استفاده از نانو ذرات مغناطیسی

شکل ‏5 نمودار رابطه ی بین اندازه‎ی دانه‎ی یک پودر فرو مغناطیس با میزان مغناطش  (H_c) آن را نشان می‎دهد. در همین رابطه، دو مقدار اندازه‎ی دانه‎ی بنیادین با عناوین قطر سوپر پارامغناطیس (D_sp) و قطر بحرانی (D_c) برای این نوع مواد تعریف می شود. بر اساس تعریف، ذرات فرو مغناطیسی که اندازه‎ی دانه‎ای کمتر از (D_sp) داشته باشند، اصطلاحا سوپر پارا مغناطیس نامیده می‎شوند[5]. به دلیل مقدار ناکافی اتلاف انرژی در مواد سوپر پارامغناطیس، این مواد گزینه‎های خوبی برای کاربرد‎های جذب امواج الکترومغناطیسی نیستند. دومین مقدار بنیادین، قطر بحرانی است. ذرات فرومغناطیسی که قطری کمتر از مقدار D_c داشته باشند، رفتار تک ناحیه‎ای از خود نشان می‎دهند. در ذرات تک ناحیه، تلفات مغناطیسی عموما به دلیل چرخش اسپین ایجاد می‎شود در حالی که برای ذراتی با اندازه بزرگتر (چند ناحیه‎ای) این تلفات بیشتر به دلیل حرکت دیواره‎های ناحیه‎ها ایجاد می‎شود. به دلیل میرایی مناسب امواج مایکروویو در مواد فرو مغناطیس تک ناحیه‌ای، بر خلاف مواد سوپر پارامغناطیس، این مواد به طور گسترده‌ای در کاربردهای جذب امواج الکترومغناطیسی استفاده شده است [5]. ناحیه قرمز رنگ مشخص شده در شکل 5 نشان دهنده‎ی مناسب ترین توزیع اندازه‎ی دانه برای استفاده در کاربرد جذب امواج الکترومغناطیسی است. برای مثال در منابع مختلف، مقادیر D_sp و D_c برای مگنتیت به ترتیب nm 13 و nm 34.5 گزارش شده است. از همین رو، اگر بتوان نانوذرات Fe₃O₄ با اندازه‎ی دانه‎ی بیش از 13 nm و کمتر از 34.5 nm را تولید کرده و در یک زمینه پلیمری یا رزین اپوکسی به طور یکنواخت توزیع کرد، می‎توان انتظار داشت که نانوکامپوزیت حاصل از جذب موج مناسبی نیز برخوردار باشد.

شکل 5. نمودار رابطه ی بین اندازه ی دانه‎ی یک پودر فرو مغناطیس با میزان مغناطش اشباع  (H_c) آن.

5-3. نقش نانولوله‎های کربنی

نانو لوله‎های کربنی به دلیل تلفات بالای دی الکتریک از اهمیت خاصی در ساخت پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی برخوردار هستند. تلفات دی الکتریک بالای این ماده به رسانایی زیاد آن که قابلیت القای جریان‎های گردابی را داراست باز می‎گردد. از طرف دیگر به دلیل سبکی و سایر خواص مطلوب نانو لوله‎های کربنی مانند استحکام مکانیکی زیاد و همچنین رسانایی حرارتی مناسب استفاده از آن در ساخت پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی تقریبا به مرحله تجاری سازی نیز رسیده است.

5-4. ساز و کار اتلاف انرژی در پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی

یک کامپوزیت جاذب امواج الکترومغناطیسی زمانی بهترین عملکرد را از خود نشان می‎دهد که موج برخورد کرده به سطح آن بتواند به سادگی به درونش نفوذ کند و تنها مقدار بسیار کمی‎ از سطح بازتابیده و یا از طرف دیگر آن خارج شود. از این رو انتظار می‎رود که سطح رویین کامپوزیت بیشترین تطابق امپدانسی را با موج برخوردی داشته باشد[6]. در مرحله‎ی بعد، پس از وارد شدن بخشی از موج به داخل کامپوزیت، انتظار می‎رود که این بخش از موج فرودی پس از اندرکنش با ذرات جاذب به طور موثری جذب شود. جذب انرژی موج از طریق تبدیل آن به انرژی گرمایی و بالا رفتن دمای کامپوزیت اتفاق می‎افتد. در همین رابطه ذکر این نکته ضروری است که، جذب انرژی موج تنها زمانی به صورت بیشینه اتفاق می‎افتد که میزان گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی پوشش زیاد بوده و مقادیر نزدیک به همی داشته باشند. دقیقا به همین دلیل است که معمولا در ساخت کامپوزیت‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی از مواد دی الکتریکی و مغناطیسی در کنار هم استفاده می‎شود. انواع ساختارهایی که می‎توان در آنها اجزاء جاذبی دارای هر دو نوع تلفات دی الکتریکی و مغناطیسی ایجاد کرد شامل ساختارهای هسته-پوسته‎ای، فراکتالی، پلیمریزاسیون روی سطح، پوشش‎دهی سطوح دی الکتریک با اجزائ مغناطیسی و یا بالعکس هستند [2].

شکل 6. تصویر شماتیکی از نحوه‎ی عملکرد یک کامپوزیت جاذب امواج الکترومغناطیسی.

6. انواع روش‎های ساخت مواد جاذب امواج الکترومغناطیسی

6-1. هم رسوبی شیمیایی

در این روش از فرآیند هم رسوبی که یک واکنش شیمیایی است برای ساخت یک ساختار جاذب (معمولا به صورت ساختار هسته-پوسته‎ای) استفاده می‎شود. در ابتدا ذرات هسته که معمولا مواد دی الکتریکی مانند نانوذرات اکسید روی، تیتانات باریم، گرافن یا نانولوله‎های کربنی است داخل محلول ریخته می‎شود. سپس واکنش دهنده‎هایی شامل نمک‎های مواد مغناطیسی مانند کلرید‎های آهن یا کبالت یا نیکل اضافه می‎شود و واکنش انجام می‎گردد. ساختار حاصل از این روش به صورت یک پوسته‎ی مغناطیسی با رسانایی کم و جذب موج متوسط و یک هسته با رسانایی زیاد و جذب موج زیاد است. این روش به دلیل سادگی انجام برای تولید جاذب‎ها بسیار پر کاربرد است.

شکل 7. تصویر شماتیکی از ساختار هسته-پوسته‎ای یک ماده جاذب امواج الکترومغناطیسی.

6-2. روش الکتروریسی

در این روش ابتدا نانوذرات جاذب با پلیمر یا رزین اپوکسی مایع مخلوط می‎شوند و سپس سل حاصل از طریق دستگاه‎های الکتروریسی روی سطح اسپری می‎شود. مزیت این روش نسبت به سایر روش‎ها امکان تولید پوشش‎های جاذبی با ضخامت کم است. از جمله موادی که به عنوان جاذب امواج در این روش قابل استفاده هستند می‎توان به نانولوله‎های کربنی، نانو ذرات اکسید آهن، فریت کبالت منگنز و نیکل و همچنین نانوذرات اکسید روی اشاره کرد.

شکل 8. مراحل کاری در روش الکتروریسی برای ساخت یک ماده جاذب.

6-3. روش رسوب‎دهی الکتروشیمیایی

در این روش که بیشتر برای تولید الیاف جاذب مورد استفاده قرار می‎گیرد، از فرآیندهای الکتروشیمیایی استفاده می‎شود. در این روش در ابتدا الیاف (معمولا الیاف کربنی به دلیل مقرون به صرفه بودن و تلفات دی الکتریک بالا مورد استفاده قرار می‎گیرند) درون یک محلول از نمک‎های مواد مغناطیسی جاذب قرار داده می‎شوند. سپس فرآیند رسوب‎دهی ذرات با استفاده از اعمال جریان بین یک آند فلزی و کاتد الیافی انجام می‎شود. مراحل تولید این نوع مواد جاذب دقیقا همان مراحل آبکاری سنتی است، با این تفاوت که در ساخت مواد جاذب از کاتد الیافی استفاده می‎شود. از مهم‎ترین ساختارهای جاذبی که به این روش تولید شده است می‎توان به کامپوزیت نانوذرات اکسید آهن پوشش داده شده روی الیاف کربنی اشاره کرد. مزیت مهم این روش، امکان تولید مقادیر زیادی ماده‎ی جاذب به سهولت در مقیاس صنعتی است.

شکل 9. الیاف کربن پوشش داده شده با استفاده از روش الکتروشیمیایی.

7. شرکت‎های بین‎المللی تولیدکننده پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی

الف) شرکت لیرد تکنولوژیس[2]

شرکت لیرد تکنولوژیس یک شرکت آمریکایی است که در حوزه‎ی مخابرات و فناوری‎های مرتبط با آن فعالیت می‎کند. پوشش‎های جاذب تولیدی این شرکت بیشتر شامل پوشش‎های محافظ در برابر تداخل امواج الکترومغناطیسی بوده و به صورت فوم‎های متخلخل است.

شکل 10. محصول تولیدی شرکت لیرد تکنولوژیس.

ب) شرکت کمترون[3]

شرکت یک شرکت انگلیسی فعال در زمینه‎ی تولید پوشش‎های جاذب است. این شرکت از سال 1980 کار در زمینه‎ی ساخت پوشش‎های محافظ در برابر امواج الکترومغناطیسی را آغاز کرده و امروزه از توليدکنندگان اصلي این نوع پوشش‌ها به شمار مي‎رود. محصولات این شرکت به 35 کشور جهان صادر می‎شوند.

شکل 11. نمونه‎ای محصولات شرکت کمرتون

ج) شرکت مودوس ادونسد[4]

مودوس ادونسد یکی شرکت آمریکایی فعال در زمینه‎ی تجهیزات الکترونیکی و دفاعی است. این شرکت در سال 1976 تحت عنوان Western Rubber & Supply شروع به کار کرد. این شرکت بیشتر در زمینه‎ی ساخت پوشش‎های جاذب برای صنایع دفاعی فعالیت می‎کند.

شکل 12. نمونه‎ای از محصولات شرکت مودوس ادونسد.

9. خلاصه مدیریتی

در سال‌های اخیر پوشش‎های جاذب امواج الکترومغناطیسی به دلیل اهمیت این مواد در صنایعی مانند الکترونیک، هوافضا و دفاعی بسیار مورد توجه فناوران و شرکت‌های دانش‌بنیان قرار گرفته است. از سوی دیگر به دلیل وجود چالش‎های مختلفی در زمینه‎ی ساخت پوشش‎های جاذبی با بازدهی بالا، ضخامت پایین و وزن کم، فناوری نانو در این در صنعت از جایگاه ویژه‎ای برخوردار است. مواد مختلفی تا به حال به عنوان جاذب امواج الکترومغناطیسی مطرح شده‎اند که در این میان، نانو لوله‎های کربنی، نانو ذرات اکسید آهن و اخیرا گرافن به دلیل خواص مطلوب جذب موجشان بسیار مورد توجه قرار گرفته‎اند.

روش‎های مختلفی برای تولید پوشش‎های جاذب معرفی شده است که در این میان روش‎های هم‎رسوبی شیمیایی، الکتروریسی و پوشش‎دهی الکتروشیمیایی به دلیل سهولت اجرا و قابلیت نسبی تولید در مقیاس صنعتی از اهمیت ویژه‎ای برخوردار است. در این گزارش سعی شده تا با نگاهی به فناوری نانو بتوان مروری بر پوشش‎های مختلف جاذب امواج الکترومغناطیسی داشت و راهکارهایی مبتنی بر فناوری نانو برای افزایش میزان بازدهی آنها ارائه داد.

 

مراجع

 

[1]. Gaylor K., DTIC Document, 1989.

[2]. Qin F., Brosseau C., A review and analysis of microwave absorption in polymer composites filled with carbonaceous particles, Journal of Applied Physics, 2012, vol. 111, pp 4.

[3]. Bur A.J., Dielectric properties of polymers at microwave frequencies: a review, Polymer, 1985, vol. 26, pp 963-77.

[4]. Naeem S., Baheti V., Tunakova V., Militky J., Karthik D., Tomkova B., Development of porous and electrically conductive activated carbon web for effective EMI shielding applications, carbon, 2017, vol. 111, pp 439-47.

[5]. Jiles D., Introduction to magnetism and magnetic materials, CRC press, 2015.

[6]. Thompson R., Howes J.,  Proc. of British Electromagnetic Measur. Conf, 2005, pp 29-30.

[7].https://www.joomag.com/magazine/market-report-analysis-microwave-absorbing-materials-market-size-share-a/0992593001473760602.

————————-

[1] Halpern

[2] .Laird Technologies company

[3] .Kemtron

[4] . Modus Advanced

 

———————————————————————

بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]

[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================