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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG ANH TUẤN 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC HÀ NỘI – 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG ANH TUẤN 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 Chuyên ngành: Hoá hữu Mã số: 62.44.27.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TSKH NGÔ THỊ THUẬN GS.TS NGUYỄN VIỆT BẮC HÀ NỘI – 2010 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 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 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 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Các kỹ thuật quân dân (thông tin liên lạc, dẫn đường, thị mục tiêu) sử dụng lượng vi sóng ngày phát triển với tốc độ cao Các thiết bị thông tin di động thường làm việc dải tần số GHz Do đó, vấn đề nhiễm sóng điện từ giảm thiểu tác động có hại xạ vi sóng môi 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 kỹ thuật quân Mục tiêu luận án “nghiên cứu chế tạo sơn phủ hấp thụ sóng điện từ radar sở polyme dẫn điện chứa ferocen (Frc) spinel ferit” cho kim loại, Al hợp kim Al sử dụng làm vật liệu nguỵ trang đồng thời áp dụng chế tạo vật liệu hấp thụ vi sóng chống nhiễm sóng điện từ Nội dung luận án Trên sở tổng quan sóng điện từ, chế phân cực sóng điện từ bề mặt kim loại, tìm hiểu chế, cấu trúc vật liệu hấp thụ sóng điện từ Xác định cấu trúc định hướng vật liệu thích hợp để chế tạo hệ sơn phủ hấp thụ vi sóng Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ vật liệu polyme dẫn điện vật liệu điện ly rắn Cụ thể nghiên cứu tổng hợp xác định cấu trúc polyme dẫn điện chứa ferocen; tính chất dẫn điện polyme dẫn xuất polyme chứa Frc pha tạp iot Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu hấp thụ từ - vật liệu từ Trong luận án, tập trung nghiên cứu sử dụng phương pháp sol - gel chế tạo vật liệu spinel ferit từ: MnZn ferit LiMnZn ferit có kích thước trung bình 2mm, độ dày 2,5mm vật liệu hấp thụ cực đại >99,9% lượng sóng điện từ Kết đo hệ số hấp thụ màng phủ có kết cấu đa lớp sở polyme CPI15, độ dày lớp phủ 1mm (hình 3.23 bảng 3.12) cho thấy có cộng hưởng tăng hệ số hấp thụ lớp màng phủ Khi phủ cấu trúc đa lớp độ rộng dải hấp thụ tăng rõ rệt đỉnh hấp thụ cực đại lớn so với lớp đơn Kết cấu lớp phủ có cấu trúc đa lớp tạo cộng hưởng hấp thụ, làm tăng độ rộng hệ số hấp thụ sóng điện từ Bảng 3.12: Ảnh hưởng kết cấu màng phủ đến khả hấp thụ sóng điện từ lớp sơn phủ Hình 3.22: Ảnh hưởng chiều dày lớp phủ đến hệ số hấp thụ vật liệu 23 Mẫu đa lớp Mẫu đơn lớp Hình 3.23: Kết đo hệ số hấp thụ mẫu sơn sở CPI15 Cấu trúc lớp phủ Mẫu đơn lớp Mẫu đa lớp Chiều dày Dải tần đỉnh hấp thụ (GHz) Hệ số hấp thụ (dB) 8,4 – 9,2 -3,5 12 -8,2 8,3 - 8,5 -13,6 9,0 – 9,2 -8,0 9,8 – 10,1 -8,0 10,6 – 10,8 -5,0 Tổng độ dày 2mm lớp vật liệu phủ có độ dày lớp 1mm 24 3.3.3 Ảnh hưởng hàm lượng iot pha tạp PBzFrc đến khả hấp thụ vật liệu Khảo sát ảnh hưởng PBzFrc biến tính iot (hàm lượng iot bảng 3.4) đến khả hấp thụ sóng điện từ lớp sơn phủ có kết cấu 02 lớp vật liệu, lớp có thành phần mẫu 1.3, 2.3 (bảng 3.9) chiều dày lớp phủ 1000µm, lớp thứ lớp Mẫu phủ sở CP Nền kim loại lót Kết khảo sát khả hấp thụ vi sóng mẫu vật liệu (hình 3.24, bảng 3.13): Bảng 3.13: Hệ số hấp thụ độ rộng dải Mẫu phủ sở CPI15 Mẫu phủ sở CPI50 Mẫu phủ sở CPI80 Mẫu phủ sở CPI100 hấp thụ mẫu sơn có hàm lượng iot khác dải X Hình 3.24: Kết đo hấp thụ vi sóng hệ sơn phủ sở nhựa polybenzylenferocen biến tính iot Mẫu sơn phủ Dải tần đỉnh hấp thụ (GHz) Hệ số hấp thụ đỉnh (dB) Dải tần hấp thụ có hệ số >-10dB (GHz) Độ rộng dải hấp thụ có hệ số >-10dB (GHz) Trên sở CP - - - - 25 Trên sở CPI15 Trên sở CPI50 Trên sở CPI80 Trên sở CPI100 8,3 – 8,5 -13,6 9,0 – 9,2 -8,0 9,8 – 10,1 -8,0 10,6 – 10,8 -5,0 8,9 – 9,2 -14 8,6 – 10 -14 10,4 – 10,8 -20,7 10,7 – 10,9 -12 8,7 – 9,3 -17,1 9,8 – 10,2 -12,5 10,5 – 10,8 -16 8,4 – 8,8 -16 8,3 - 8,5 0,2 8,9 – 11,4 2,5 8,8 – 11,3 2,5