(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu tổng hợp và chế tạo sơn ngụy trang hấp thụ sóng điện từ radar trên cơ sở polyme dẫn điện chứa ferocen và spinel ferit

MỤC LỤC Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ CẤU TRÚC HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ 13 1.1 CÁC LOẠI NGUYÊN LIỆU DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ RADAR 13 1.1.1 Vật liệu tổn hao điện 14 1.1.1.1 Vật liệu polyme phối trộn với chất độn dẫn điện 14 1.1.1.2 Vật liệu polyme dẫn điện polyme dẫn điện chứa ferocen 15 1.1.1.3 Vật liệu điện môi 25 1.1.1.4 Chất điện ly rắn 27 1.1.2 Vật liệu tổn hao từ 28 1.1.2.1 Giới thiệu loại vật liệu từ 28 1.1.2.2 Cấu trúc tinh thể tính chất vật liệu ferit từ 29 1.1.2.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu từ dạng hạt 31 1.1.2.4 Khả hấp thụ sóng điện từ vật liệu từ 34 1.2 CẤU TRÚC HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU 34 1.2.1 Cấu trúc hấp thụ triệt tiêu lượng sóng điện từ phương pháp giao thoa, tán xạ 34 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 1.2.2 Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ tạo mạch cộng hưởng 37 1.2.3 Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ dạng chắn Salisbury 40 1.2.4 Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ đa lớp (cấu trúc Jaumann) 43 1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ GIẢM THIỂU KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN CỦA RADAR 44 1.3.1 Nguyên lý hoạt động đài radar phản xạ sóng điện từ bề mặt kim loại 44 1.3.2 Cơ sở lý thuyết vật liệu hấp thụ sóng điện từ 48 1.3.3 Nguyên tắc chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ 49 1.4 VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ RADAR 50 CHƯƠNG 2: PHẦN THỰC NGHIỆM 54 2.1 TỔNG HỢP POLYME DẪN ĐIỆN CHỨA FEROCEN 54 2.2 CHẾ TẠO PIGMENT TỪ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL 56 2.3 CHẾ TẠO HỆ SƠN HẤP THỤ VI SÓNG 60 2.4 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 60 2.4.1 Thiết bị hoá chất sử dụng thực nghiệm 61 2.4.2 Phương pháp phân tích mạng pha xác định thơng số tổn hao vi sóng 61 2.4.3 Phương pháp đo độ dẫn điện polyme 64 2.4.4 Các phương pháp xác định tính chất từ spinel 67 2.4.5 Các phương pháp xác định tính chất lý màng sơn phủ 71 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 72 3.1 ĐIỀU CHẾ POLYME DẪN ĐIỆN CHỨA FEROCEN 72 3.1.1 Ảnh hưởng điều kiện phản ứng đến độ trùng hợp cấu trúc polyme 72 3.1.2 Cấu trúc polybenzylenferocen 78 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3.1.3 Tính chất dẫn điện ảnh hưởng hàm lượng iot pha tạp đến tính chất dẫn điện polyme 95 3.2 ĐIỀU CHẾ PIGMENT TỪ 100 3.2.1 Cấu trúc tinh thể dạng spinel pigment từ điều chế phương pháp sol – gel 100 3.2.2 Ảnh hưởng chất phụ gia hoạt động bề mặt (HĐBM) đến kích thước spinel 105 3.2.3 Ảnh hưởng thành phần đến tính chất từ vật liệu 112 3.3 HỆ SƠN HẤP THỤ VI SÓNG 115 3.3.1 Tính chất lý lớp màng phủ hấp thụ vi sóng 115 3.3.2 Ảnh hưởng độ dày số lớp phủ đến khả hấp thụ vật liệu 117 3.3.3 Ảnh hưởng hàm lượng iot pha tạp PBzFrc đến khả hấp thụ vật liệu 123 KẾT LUẬN 130 CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 PHỤ LỤC 141 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Bz: Benzaldehyt CP: Polyme dẫn điện EP: Nhựa epoxy EW: Sóng điện từ EWA: Hấp thụ sóng điện từ Frc: Ferocen G: Gauss GPC: Sắc ký thẩm thấu gel Hc: Hệ số từ dư HĐBM: Hoạt động bề mặt HEC: hydroxy ethyl xelulozo IR: Phổ hồng ngoại Mr: Hệ số momen cảm ứng từ Ms: Hệ số moment từ bão hòa Oe: Oersted PA: Polyamit lỏng PBzFrc: Polybenzylenferocen RAM: Vật liệu hấp thụ sóng điện từ radar TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com RAS: Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ radar SEM: Ảnh chụp hiển vi điện tử quét X-ray: Phổ nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Các dải băng tần làm việc đài radar 13 Bảng 1.2: Ảnh hưởng hàm lượng graphit đến độ dẫn composite PE 15 Bảng 1.3: Độ dẫn điện vật liệu vô hữu 17 Bảng 1.4: Ảnh hưởng chất pha tạp đến độ dẫn điện polyacetylen 18 Bảng 1.5: Hệ số cảm ứng từ riêng polyme chứa ferocen 22 Bảng 1.6: Kết khảo sát tính chất từ polyme chứa ferocen 23 Bảng 1.7: Tính chất dẫn điện loại polyme chứa ferocen 24 Bảng 1.8: Tính chất tổn hao yếu tố điện môi polyme dẫn pha tạp iot 25 Bảng 1.9: Độ từ thẩm, thông số từ nhiệt độ Curie số ferit vật liệu sắt từ 31 Bảng 1.10: Đặc trưng cao su hấp thụ sóng điện từ 36 Bảng 1.11: Ảnh hưởng cấu trúc hàm lượng C đến khả hấp thụ vi sóng vật liệu cao su neopren 42 Bảng 3.1: Ảnh hưởng xúc tác đến tính chất sản phẩm polyme 73 Bảng 3.2: Ảnh hưởng tỷ lệ mol đến tính chất sản phẩm 74 Bảng 3.3: Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian trùng hợp đến phân tử khối hiệu suất sản phẩm 77 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bảng 3.4: Ảnh hưởng hàm lượng iot pha tạp đến độ dẫn điện PBzFrc 98 Bảng 3.5: Hàm lượng kim loại mẫu ferit: Mn0.55Zn0.45Fe2O4 100 Bảng 3.6: Ảnh hưởng chất HĐBM đến kích thước tinh thể ferit 105 Bảng 3.7: Tỷ lệ kích thước tinh thể ferit hệ phân tán (dung môi etanol) 108 Bảng 3.8: Các giá trị thông số từ mẫu spinel 114 Bảng 3.9: Thành phần khối lượng hệ sơn hấp thụ sóng điện từ: 115 Bảng 3.10: Tính chất lý lớp màng phủ 116 Bảng 3.11: Ảnh hưởng chiều dày lớp phủ đến hệ số hấp thụ cực đại vật liệu 120 Bảng 3.12: Ảnh hưởng kết cấu màng phủ đến khả hấp thụ sóng điện từ lớp sơn phủ 123 Bảng 3.13: Hệ số hấp thụ độ rộng dải hấp thụ mẫu sơn có hàm lượng iot khác dải X 128 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Sự biến đổi ’, ” theo tần số vật liệu điện môi 26 Hình 1.2: Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ tạo mạch cộng hưởng hợp chất phân cực từ 38 Hình 1.3: Mạch cộng hưởng dao động 38 Hình 1.4: Mạch cộng hưởng hai chiều 39 Hình 1.5: Kết cấu chắn Salisbury 41 Hình 1.6: Cấu trúc hấp thụ đa lớp 43 Hình 1.8: Quá trình truyền (a) phản xạ (b) sóng radar 45 Hình 1.7: Kết cấu đa lớp dạng chóp nón bề mặt 44 Hình 1.9: Góc phản xạ phản xạ EM bề mặt vật liệu 46 Hình 1.10: Điện, từ trường sóng điện từ tác động bề mặt kim loại 47 Hình 1.11: Hiện tượng phân cực vật liệu tác dụng điện trường 47 Hình 1.12: Góc phát xạ tia nhiễu xạ bờ cạnh vật liệu 48 Hình 1.13: Điện, từ trường sóng điện từ bề mặt vật liệu 49 Hình 2.1: Sự truyền dẫn, phản xạ truyền qua ánh sáng (a) sóng điện từ (b) qua vật liệu 62 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 2.2: Các thơng số thu phương pháp phân tích mạng pha 62 Hình 2.3: Phương pháp đo hệ số phản hồi hệ số truyền qua theo hướng 64 Hình 2.4: Nguyên tắc đo điện trở màng vật liệu theo phương pháp DC 64 Hình 2.5: Đồ thị vectơ tổng trở Z thông số thành phần R, X 66 Hình 2.6: Đường cong từ trễ xác định thông số vật liệu từ 68 Hình 2.7 Sự tán nhiễu xạ X từ mặt phẳng tinh thể 70 Hình 3.1: Phân tử khối polyme tổng hợp nhiệt độ khác 77 Hình 2: Phổ IR chuẩn benzaldehyt 79 Hình 3.3: Phổ IR chuẩn ferocen 80 Hình 3.4: Phổ hồng ngoại polyme 81 Hình 3.5 (a): Phổ 1H – NMR PBzFrc (: – 12 ppm) 83 Hình 3.5 (b): Phổ 1H – NMR PBzFrc (: 3.95 – 4.20 ppm) 84 Hình 3.5 (c): Phổ 1H – NMR PBzFrc (: 7.1 – 8.0 ppm) 86 Hình 3.6: Phổ 1H-NMR chuẩn benzaldehyt 87 Hình 3.7: Phổ 1H-NMR chuẩn ferocen 87 Hình 3.8 (a): Phổ 13C-NMR PBzFrc 89 Hình 3.8 (b): Phổ 13C-NMR PBzFrc (: 90 – 150 ppm) 91 Hình 3.9: Phổ chuẩn 13C-NMR benzaldehyt 92 Hình 3.10: Phổ chuẩn 13C-NMR ferocen 92 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 3.11: Kết phân tích nhiệt PBzFrc 94 Hình 3.12: Cấu trúc PBzFrc 95 Hình 3.13: Phổ UV – Vis PBzFrc 96 Hình 3.14: Phổ hồng ngoại polyme biến tính iot 97 Hình 3.15 Sự phụ thuộc hàm lượng iot pha tạp đến tính chất dẫn điện PBzFrc 99 Hình 3.16: Cấu trúc PBzFrc biến tính iot 99 Hình 3.17: Phổ X-ray Mn0.55Zn0.45Fe2O4 102 Hình 3.18: Phổ X-ray Mn0.55Zn0.45Fe2O4 phủ 5% CuFe2O4 103 Hình 3.19: Phổ X-ray Li2Fe2O4.Mn0.55Zn 0.45Fe2O4 phủ 5% CuFe2O4 104 Hình 3.20: Ảnh SEM mẫu spinel 106 Hình 3.21: Giản đồ phân bố kích thước hạt ferit điều chế với hệ chất hoạt động bề mặt khác 107 Hình 3.22: Giản đồ mật độ phân bố kích thước hạt ferit điều chế với hệ chất hoạt động bề mặt khác 108 Hình 3.23: Tỷ lệ kích thước hạt ferit phân tán etanol 109 Hình 3.24: Đường từ trễ (a) cảm ứng từ (b) Mn0.55Zn0.45Fe2O4 113 Hình 3.25: Đường từ trễ (a) cảm ứng từ (b) Mn0.55Zn0.45Fe2O4 phủ 5% CuFe2O4 113 Hình 3.26: Đường từ trễ (a) cảm ứng từ (b) Li2Fe2O4.Mn0.55Zn0.45Fe2O4 phủ 5% CuFe2O4 114 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 3.27: Kết đo hệ số hấp thụ sóng điện từ mẫu sơn sở CPI15 120 Hình 3.28: Ảnh hưởng chiều dày lớp phủ đến hệ số hấp thụ vật liệu 121 Hình 3.29: Kết đo hệ số hấp thụ mẫu sơn sở CPI15 123 Hình 3.30: Kết đo hấp thụ vi sóng hệ sơn phủ sở nhựa PBzFrc biến tính iot 127 MỞ ĐẦU Các kỹ thuật quân dân (công nghệ thông tin liên lạc, vô tuyến, dẫn đường hàng không, thị mục tiêu ) sử dụng lượng vi sóng ngày phát triển với tốc độ cao Các thiết bị thông tin di động đại thường làm việc dải tần số GHz Do đó, vấn đề nhiễm sóng điện từ giảm thiểu tác động có hại xạ vi sóng mơi trường đặt cấp thiết Radar phương tiện trinh sát đại sử dụng chế phát thu nhận tín hiệu sóng điện từ Các đài radar dẫn đường thị mục tiêu chủ yếu làm việc dải X (8 – 12 GHz) Nguỵ trang sóng điện từ radar giảm thiểu khả phát đối phương hướng nghiên cứu quan tâm mạnh mẽ kỹ thuật quân Có nhiều phương pháp triệt tiêu lượng sóng điện từ để nguỵ trang giảm thiểu phát radar Tuy nhiên, hướng nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp thụ để triệt tiêu lượng sóng điện từ giải pháp tối ưu phát triển mạnh Các kết nghiên cứu công bố xác định chế hấp thụ lượng sóng điện từ vật liệu hấp thụ điện hấp thụ từ Vật liệu tổn hao từ vật liệu từ hợp kim Fe từ, phức cacbonyl Fe, hợp chất ferit v.v Vật liệu tổn hao điện chất có tính chất tổn hao điện 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com f Mẫu sở CPI100 Hình 3.30: Kết đo hấp thụ vi sóng hệ sơn phủ sở nhựa PBzFrc biến tính iot  Mẫu sơn phủ sở nhựa CP khơng hấp thụ vi sóng so với kim loại  Mẫu sở nhựa CPI15 có pic hấp thụ cực đại 8,45; 9,1 9,9 GHz Trong đó, dải tần 8,3 – 8,6 GHz có hệ số tổn hao > -10 dB  Mẫu sở nhựa CPI50 có đỉnh hấp thụ tần số 9,1; 9,7 GHz -15.2 dB; 10,7 GHz -20,2 dB Dải tần hấp thụ có hệ số hấp thụ lớn -10 dB từ 8,9 – 11,45 GHz  Mẫu sơn sở nhựa CPI80 có dải hấp thụ > -10 dB 8,8 – 11,2 GHz với đỉnh hấp thụ 9,1 GHz; 9,9 GHz 10,6 GHz có hệ số hấp thụ tương ứng -19 dB; -12,5 dB; -17 dB 127 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Mẫu sở CPI100 có dải hấp thụ >-10dB -10dB (GHz) Độ rộng dải hấp thụ có hệ số >-10dB (GHz) Trên sở CP - - - - 8,3 – 8,5 -13,6 9,0 – 9,2 -8,0 9,8 – 10,1 -8,0 8,3 - 8,5 0,2 10,6 – 10,8 -5,0 8,9 – 9,2 -14 8,6 – 10 -14 10,4 – 10,8 -20,7 8,9 – 11,4 2,5 10,7 – 10,9 -12 8,7 – 9,3 -17,1 9,8 – 10,2 -12,5 8,8 – 11,3 2,5 10,5 – 10,8 -16 8,4 – 8,8 -16 9,3 – 9,6 -15