1.2. CẤU TRÚC HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU
1.2.1. Cấu trúc hấp thụ và triệt tiêu năng lượng sóng điện từ bằng phương
phương pháp giao thoa, tán xạ
Vật liệu có cấu trúc xốp và lồi lõm trên bền mặt có khả năng tán xạ tia tới của sóng điện từ (EW). Các tia tán xạ này sẽ giao thoa và triệt tiêu năng lượng lẫn nhau [51, 67]. Chiều dày tối thiểu lớp RAM triệt tiêu năng lượng sóng theo cơ chế tán xạ giao thoa trên bền mặt là [59]:
(1.3) Trong đó:
l: Độ dầy của vật liệu (m)
: Bước sóng tia tới (m).
: Hằng số điện môi của vật liệu (F/m) µ: Độ từ thẩm của vật liệu (H/m).
Ví dụ vật liệu xốp của polystyren phối trộn với các chất dẫn điện như graphit, bột kim loại có khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ trong dải tần 0.4 – 40GHz với hiệu suất -20dB [44]. Cấu trúc xốp của vật liệu composit hấp thụ có 02 dạng đặc trưng:
Hình dạng và kích thước của lỗ xốp được tạo ra bởi các polyme nền. Hình dạng và kích thước của lỗ xốp được tạo bởi các hạt chất độn
Cấu trúc xốp của vật liệu tạo ra các buồng không vang làm triệt tiêu và tán xạ các bức xạ điện từ không cho chúng trở về đài radar.
Các vật liệu xốp trên cơ sở vật liệu polme có cấu trúc xốp như cao su các loại, vật liệu xốp PU, EP khi phối trộn với các chất điện môi và tạo cấu trúc lỗ xốp dạng tổ ong có khả năng hấp thụ năng lượng sóng. Perkins và cộng sự đã nghiên cứu tạo vật liệu hấp thụ vi sóng trên cơ sở vật liệu xốp composite acrylnitril- polystyren-butadien, các loại nhựa nhiệt dẻo như PE, PP, polyeste, PU, EP và các chất độn dẫn điện như các kim loại dạng bột và dạng sợi như Fe, Cu, Al có khả năng hấp thụ tối thiểu -15dB đến -100 dB [60, 61]. Sóng điện từ bị triệt tiêu do giao thoa tại bề mặt các vách ngăn của ô xốp.
Một hướng tạo vật liệu có cấu trúc xốp khác là sử dụng các hạt pigment có diện tích bề mặt lớn [55, 56]. Các vật liệu composit hấp thụ vi
sóng có cấu trúc xốp được tạo bởi các hạt pigment là các chất điện môi hay các chất dẫn điện có cấu trúc xốp như graphit hoặc các hạtferit từ có cấu trúc xốp cho vật liệu có tính chất cơ lý tốt hơn các vật liệu xốp do polyme tạo ra. Cấu trúc các hạt từ xốp được điều chế bằng cách phủ lớp vật liệu từ lên trên các hạt silicagel, oxit nhôm.
Thành phần tạo kết cấu cho vật liệu composite hấp thụ chủ yếu là các loại nhựa tổng hợp như EP, PU, silicon, cao su tổng hợp [59] .Các vật liệu này có nhiều ưu điểm như bền mơi trường, bền thời tiết, chịu mài mịn, tuỳ mục đích sử dụng người ta lựa chọn vật liệu thích hợp. Tính chất cơ lý của các vật liệu được ghi trong bảng 1.10.
Bảng 1.10: Đặc trưng của các tấm cao su hấp thụ sóng điện từ
TT Vật liệu cao
su nhiệt độ làm Khoảng việc (oC)
Độ cứng (ShoreA)
Ưu điểm Nhược điểm
1 Isopren(IR) -18 90 75 – 90 Đàn hồi tốt, chịu xé, chịu mài mịn
Chịu nhiệt kém, khơng chịu ơzon, bức xạ mặt trời, dầu mỡ
2 Clopren
(CR) -10 100 70 Chịu thời tiết, mài mòn, nước biển
Kém chịu dung mơi thơm, chất oxy hố, nhiệt độ thấp
3 Nitrin
(NBR) -20 150 75 Chịu dầu mỡ,
nhiệt độ Kém chịu oxy hoá 4 Flo -20 200 60 – 70 Chịu nhiệt,
chịu lạnh; bền ozon, thời tiết, bức xạ
Kém chịu xé
5 Silicon -30 380 60 – 70 Chịu nhiệt, chịu lạnh; bền ozon, thời tiết.
Kém chịu xăng dầu mỡ, mài mòn, xé.
6 Urethan -30 150 80 – 85 Chịu mài mòn, xé, dầu mỡ; độ bền đứt, mài mòn cao Kém chịu axit, kiềm, nước nóng
Các nghiên cơng trình nghiên cứu đã xác định cấu trúc của xốp của vật liệu hấp thụ, triệt tiêu hiệu quả năng lượng sóng thường có hình dạng tổ ong hay hình dạng kim tự tháp. Cấu trúc này sẽ tạo ra các lỗ, hốc có đặc tính như buồng khơng vang trong vật liệu. Q trình tán xạ giao thoa sóng điện từ sẽ xảy ra tại các bề mặt tiếp giáp pha của vật liệu [59]. Thời gian gần đây, công nghệ nano được sử dụng chế tạo RAM cho vật liệu nhẹ có khả năng hấp thụ lớn. ví dụ vật liệu RAM dạng xốp của PU và cacbon dẫn điện nanotube có khả năng hấp thụ -10dB trong dải tần X (8.2 – 12.4 GHz) [76].