Radar soğurucu kompozit malzeme üretimi

Abstract

Son zamanlarda, gizlilik teknolojisi, elektromanyetik kirlilik, telekomünikasyon vediğer uygulamalarda kullanılmak üzere radar absorblayıcı (soğurucu) kompozitlerüzerinde çok yaygın çalışmalar yapılmaktadır. Bu nedenle, mikrodalga absorblayıcıkompozitlere olan ihtiyaç sürekli artmaktadır. Bu çalışmada, nanopartikül takviyelipolivinil butiral (PVB) ve epoksi matrisli kompozitlerin mikrodalga absorblamaözellikleri 1-14 GHz frekans aralıklarında incelenmiştir. Nanopartikül olarak 10-100nm boyutlarındaki BaTiO3, NiFe2O4 ve Fe3O4 nanotozları tercih edilmiştir.Nanopartiküller epoksi matrisi için aseton çözeltisi içerisinde ultrasonik prophomojenizatör ile karıştırılmış ve ardından epoksi ile sertleştiricisi karışıma ilaveedilmiştir. Yeterli karışım sağlandıktan sonra çözelti teflon kalıplara dökülmüştür. Herbir nanopartikül, epoksi matrisine ağırlıkça %5, %10 ve %15 oranlarında takviyeedilmiştir. Nanopartikül katkılı PVB matrisli kompozitlerin üretimi için, PVB tozlarıetanol içerisinde çözdürülüp oluşan çözelti ultrasonik prob karıştırıcı ilekarıştırılmıştır. Daha sonra ağırlıkça %5, %10 ve %15 oranlarında nanopartikültakviyeleri yapılmıştır. Ayrıca PANI etkisinin incelenmesi için nanopartiküller PANIile kaplanıp yine aynı metotta ve ağırlıkça %15 oranında PVB matrisine katılmıştır.Son olarak her PVB marisli kompozitin karışımı da teflon kalıplara dökülmüştür.Sonuçta, (i) epoksi matrisli %5, %10 ve %15 oranında nanopartikül takviyeli, (ii) PVBmatrisli %5, %10 ve %15 oranında nanopartikül takviyeli, (iii) PVB matrisli %15oranında PANI ile kaplanmış nanopartikül takviyeli kompozitler üretilmiştir.Kompozitlerin kompleks permitivite (dielektrik) (ε∗) ve permeabilite (manyetikgeçirgenlik) (μ∗) değerleri vektörel network analizör (Keysight N9926A) cihazı ile 1-14 GHz frekans aralığında hesaplanmıştır. Kompleks permitivite ve permeabilitedeğerleri ile kompozitlerin yansıma kaypları (RL) farklı kalınlıklar için hesaplanmıştır.Elde edilen sonuçlara göre, BaTiO3 nanopartikül takviyeli PVB matrisli kompozitlerX-bandında ince kaplama kalınlıklarında en iyi absorbans özellikleri göstermiştir.Ancak artan frekans ve kalınlık değerleri için en iyi mikrodalga absorblama özelliğiniFe3O4 nanopartikül takviyeli PVB matrisli kompozitler göstermiştir. Bununla birlikte,PANI ile modifiye edilmiş NP katkısı ile kompozitlerin bant genişliğinde belirgin artışolmuş ancak minimum RL değerlerinde kısmen bir azalma görülmüştür. %15 NPkatkılı hem epoksi hem de PVB matrisli kompozitlerin potansiyel radar absorblayıcıkompozitler olarak kullanılabilecekleri görülmüştür.Anahtar Sözcükler : Yansıma kaybı, nanokompozit, mikrodalga absorblama,dielektrik, manyetik geçirgenlik.

In recent years, Radar absorbing materials (RAMs) have been comprehensivelystudied because of explosive requirement in stealth technology, electromagneticpollution and other commercial application. Therefore, there is strong demand ondeveloping microwave absorbing composites. In this direction, the microwaveabsorption properties of Epoxy/Nanoparticles (NP), PVB/NPs and PVB/PANI-coatedNPs were investigated and compared in the 1– 14 GHz. BaTiO3, NiFe2O4 and Fe2O4with the particle size ranging 10–100 nm were used as nanoparticles. For epoxy matrixnanocomposites, the NPs were dissolved in acetone solution via probed homogenizerfor producing fine solution dispersion and this mixture was added to the initial weighedepoxy resin and mixed again via probed homogenizer. After the stirring process, thesolutions were casted in Teflon molds and the moldings were taken into a vacuumoven. For PVB matrix nanocomposites, PVB powders were dissolved in ethanol byUltrasonic Probe Sonicator and a clear and homogeneous solution was obtained. Theinitial weighed NPs were added to PVB solution and stirred under constant stirring.Each nanoparticle was added to PVB and epoxy matrix with ratios of 5, 10 and 15%wtNP. However, these nanoparticles were coated with polyaniline (PANI) and added toPVB matrix with ratios of 15%wt NP. Finally, the solutions were casted in Teflonmolds. For PANI effect, the NPs were coated with PANI and PANI-coated NPs wereadded to PVB solution under constant stirring. Hence, (i) Epoxy matrix with ratios of5, 10 and 15%wt NP, (ii) PVB matrix with ratios of 5, 10 and 15%wt NP, (iii) PVBmatrix with 15%wt PANI-coated NP were synthesis. The complex permittivity (ε∗)and permeability (μ∗) of the nanocomposites have been measured at differentmicrowave frequencies in 1–14 GHz employing vector network analyzer (KeysightN9926A). The reflection loss (RL) of composites was calculated and evaluated usingtheory of the absorbing wall. The obtained results show that the maximum absorbingvalues of PVB nanocomposite filled with BaTiO3 shift towards higher frequency withdecreasing the specimens' thickness. However, PVB nanocomposite filled with Fe3O4,exhibits highest absorbing properties with increase of specimen thickness. On the otherhand, the results demonstrate that a wider absorption range was obtained by addingPANI. Finally, both PVB and epoxy matrix nanocomposites filled with 15%wt NPshave potential application for microwave and radar absorptions.Key Word : Reflection Loss, nanocomposite, microwave absorbing, permittivity,permeability.