Nano-kompozit malzemeler ile elektromanyetik karanlık oda kaplama tasarımı ve üretilmesi

Abstract

Dünyadaki endüstriyel gelişmeler yüksek frekanslı elektromanyetik cihazların daha yoğun kullanımını gerektirmektedir. Sivil ve savunma amaçlı kullanılan sinyal işleyiciler, mobil iletişim cihazları, vericiler, radyo ve TV ve benzeri iletişim cihazları çevreye büyük oranda elektromanyetik sinyal ve gürültü yaymaktadır. Yayılan elektromanyetik sinyallerin önemli bir kısmı mikrodalga frekansında olup hem canlı hayatına zarar vermekte, hem de yüksek frekanslı diğer cihazların çalışma doğruluk ve hassasiyetini azaltıcı gürültü sinyalleri oluşturmaktadır. Ayrıca, cihazların değişik bileşenlerinden kaynaklanan mikrodalga gürültü sinyalleri, transferi esnasında parazit etkisiyle bilgi doğruluğunu zayıflatmaktadır. Hatta kaçak bu sinyallerin bir kısmı casus algılayıcılar tarafından algılanarak bilginin güvenli olarak aktarılmasında problem doğurmaktadır. Bu ve benzeri nedenlerden dolayı, AB ticaret ve uyum kuralları gereği elektronik ürünlerin CE sertifikası alabilmeleri için elektromanyetik uyumluluğa sahip olması gerekmektedir. Elektromanyetik ürünlerden yayılan sinyal, duruma göre ya soğrularak yalıtılmakta yada ekranlanmaktadır. Bu tür cihazların elektromanyetik yalıtımı ve bu cihazların Elektromanyetik Uyumluluk-EMU (Electromagnetic Compability-EMC) testinin yapılabilmesi için yüksek oranda Mikrodalga Soğurucu Malzeme ile tamamen kaplanmış özel odalar gerekmektedir. Bu tür hassas testlerde test edilen elektronik cihazların yaydığı EM dalganın ortam ve dış ortamdan gelen EM dalgalardan arındırılmış olması gerekmektedir. Bu iş fikri kapsamında nano yapılı manyetik ve/veya magnetik olmayan bileşen ihtiva eden değişik polimerik malzemelerin tek veya çok katlı dielektrik kompozit kaplamaları üretilecektir.Önce teorik modelleri ele alınıp malzemelerin fiziksel özellikleri incelenerek uygun kompozisyon ve geometri belirlenecektir. Sonra bu parçacıkların EMR özellikleri geliştirilecek teorik modellerle analiz edilip 8-26 GHz frekans bandı aralığında etkin soğuruculuğa sahip (% 95 in üzerinde) mikro dalga soğurucu kompozit üretilecektir. Bu amaçla, i) geniş frekans bandında EM sinyale duyarlı olduğu anlaşılan, kompozit bileşeni olarak BaFe12O19, SrFe12O19, Fe3O4, ZnxCo(1-x)Fe2O4, ZnxNi(1-x)Fe2O4 ve katkılandırılmış farklı boyutlu nano tozları üretilecek, ii) Nano tozların kötü iletken polimer (PANI, Ppy ve PAN) ve/veya Karbon örgü içerisinde kompozit olarak geliştirilip üretilecek iii) değişik elektromanyetik özelliklere sahip ince çok katmanlı yapılar için teorik modellemeler geliştirilecek, iv) üretilen nanotoz karışımları çok katlı boya olarak uygulanarak, farklı yüzey şekline sahip süngerimsi yapılara emdirilecek ve kalıplara basılarak değişik yapıda mikrodalga soğurucu malzeme üretilecektir. Manyetik kimyasal bileşiklerin hacimli (bulk) miktarları, ilgili ön çözeltilerinin uygun karışımları kullanılarak, bilinen sol-jel yöntemleri ile üretilecektir. Mikron boyutlu bu tozlar, hacimli üretime müsait değirmenlerde öğütülerek ve/veya uygun polimerlerle karıştırılıp katılaştırılacak, ve sonra ısıtılarak polimer patlaması ile ortaya çıkan enerji ve gaz çıkışının parçalamasıyla nano boyutlu toz halleri elde edilecektir. Patlama yöntemin özgünlüğü enerji tasarruflu, hızlı, farklı şekil ve boyutlarda -ve böylece geniş frekans band aralığında soğurma sağlayabilen- çok küçük nano parçacık üretimine uygun olmasıdır. Tüm bu bilgi birikimi ile manyetik nano tozlar ve iletken polimerlerden kompozitler elde edilecektir. Bu iş fikri kapsamında alınacak ve modelleme amaçlı kullanılacak bilgisayar iş istasyonu ile en verimli elektromanyetik yalıtım deseni hesaplamalar sonucu tayin edilecektir. Daha sonra üretilen kompozitler basit yöntelerle büyük sünger kalıplara emdirilecektir. Yine bu iş fikri kapsamında alınacak CNC destekli köpük kesme makinesi ile tayin edilen en az yansıtıvcı desen ve kalınlıklarda kompozit malzeme kesilerek protatip elde edilecektir. Farklı yüzeyle şekillerine sahip ve farklı kalınlıklarda uygulanarak elde edilen soğurucu kompozitlerin özellikleri 0,5-50 GHz aralığında vektör network anailizörü ile kapalı ve/veya açık alan anten yöntemleri ile ölçülecektir. Böylece geniş frekans bandında yüksek soğurganlı, ince, farklı yüzey şekillerine sahip özgün polimer-manyetik nano-kompozit malzemeler geliştirilecektir. Nihai ürün olarak sunulacak protatipin düşük maliyetli ve yükzek EM yalıtım özelliğine sahip olması öngörüsü ile patent alımı ve piyasa üretimi hedeflenmektedir.