Mikrodalga soğurucu polimer destekli manyetik nano kompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Mikrodalga soğurucu malzemeler 2. Dünya savaşından itibaren özellikle askeri uygulamalarda (radarda görünmezlik) çok önemli hale gelmiş bir teknolojidir. Daha sonra ki yıllarda yarıiletken ve bilişim teknolojilerinin hızla gelişmesi nedeniyle elektromanyetik dalga ışınımına, özellikele de mikrodalga bandına çalışan cep/akıllı telefon ve kablosuz ağ (wi-fi) cihazları dahil, hem insanlar hem de başka elektronik cihazlar çok daha fazla maruz kalmaya başlamıştır. Bu sebeplerden dolayı mikrodalga soğurucu malzemeler, görünmez uçaklarda, tüketici elektroniğinde ekranlama (elektromanyetik kalkanlama) elemanlarında, elektronik cihazların elektromanyetik uyumluluk testlerinin yapıldığı yankısız odaların (anechoic chamber) iç döşemelerinden, tıbbi cihazlarla donatılmış hastanelere ve bilgi güvenliğinin üst düzey olduğu devlet ve askeri binalarda ve diğer kullanım alanları ile uygulama alanları hızla genişlemektedir. Bu sebeple bu tez kapsamında mikrodalga soğurucu polimer destekli manyetik nano kompozit malzemeler geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu tez kapsamında sol-jel ve in-situ polimerizasyonu teknikleri ile nano yapıdaki spinel Fe3O4, CoFe2O4 ve MnFe2O4 ferritleri, Politiyofen (Polythiophene) Polipirol (Polypyrole) ve Polianilin (Polianiline) iletken polimerleri ile kaplanarak kompozit malzemeler üretilmiştir. Üretilen bu kompozitlerin XRD, SEM, TEM, TGA ile VSM ve VNA ile detaylı yapısal ve elektromanyetik analizleri yapılmış ve RL (Reflection Loss – Yansıma Kaybı) değerleri hesaplanarak mikrodalga soğuruculuk özellikleri belirlenmiştir. Bu çalışmanın sonucunda; ferrit – polimer, kompozitler, parafinle karıştırılarak toroidal şekildeki yaklaşık 3 mm kalınlıklı numuneler elde edilmiş ve ilgili numuneler 2-18 GHz arasında VNA ile ölçümü yapılarak frekansa bağlı elektromanyetik özellikleri belirlenmiş, gerçek ve sanal olmak üzere elektrik ve manyetik geçirgenlik değerleri (permittivity ve permeability) bulunmuştur. Bu parametreler kullanılarak, politiyofen ile kaplanmış Fe3O4 kompozit numune için, yaklaşık 6 GHz'lik bir band genişliğinde 50.83 dB'lik maksimum yansıma kaybı değeri hesap edilmiş ve diğer numunelerin içinde, en etkin polimer destekli mikrodalga soğurucu nano-kompozit malzeme olarak belirlenmiştir.Microwave absorbing materials have become a very important technology especially at military applications (radar invisibility) since World War 2. Due to the rapid development of semiconductor and information technologies in the following years, both mankind and eletronic devices started to suffer from increased level of electromagnetic waves including radiation from microwave-band mobile / smart phone and wireless network (wi-fi). Because of this reason, microwave absorbing materials are used in various fields such as stealth planes, electromagnetic shielding for consumer electronics, cover materials of interior of anechoic chambers (which are used for electromagnetic compatibility tests for electromagnetic devices), shieldings of hospitals equipped with sensitive medical devices, information protection of critical government and military buildings. Application areas for these materials continue to expand rapidly. For this reason, this thesis aims to develop microwave absorbing materials based on polymer supported magnetic nanocomposites. In this thesis, sol-gel and in-situ polymerization techniques are used respectively for producing composite materials by coating nano spinel Fe3O4, CoFe2O4 and MnFe2O4 ferrites with intrinsically conductive polymers which are Polythiophene, Polypyrrole and Polyaniline. Detailed structure and electromagnetic analysis performed for produced composites by using XRD, SEM, TEM, TGA ile VSM and VNA. RL (Reflection Loss) values are calculated to determine microwave absorption characteristics. Finally the samples of ferrite-polymer composites were mixed with paraffin and toroidal samples with nearly 3 mm thickness were obtained. The samples were measured with VNA between 2-18 GHz to determine frequency-dependent electromagnetic properties. As a result, the real and virtual permittivity and permeability values were determined and, a maximum reflection loss value of 50.83 dB at a bandwidth of approximately 6 GHz, was calculated for the Fe3O4 nanoparticles coated with polythiophene. Thus, it was established that this sample is as the most effective efective microwave absorbing material compared to others.