بررسی توانایی حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس در نانوکامپوزیت‌های اپوکسی-گرافن

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 7، دوره 5، شماره 20، مرداد و شهریور 1394، صفحه 77-86   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

رحیم اقرء¹؛ کمال جانقربان^{* 2}؛ حبیب دانش منش³؛ حبیب اله عبیری⁴

¹دانشجوی دکتری بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز، مربی پژوهشی پژوهشکده مکانیک شیراز، پژوهشگاه فضایی ایران.

²استاد بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز.

³دانشیار بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز.

⁴استاد بخش مهندسی مخابرات، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز.

تاریخ دریافت: 30 شهریور 1394،  تاریخ پذیرش: 30 شهریور 1394 

چکیده

زمانی که وسایل و تجهیزات الکترونیکی در معرض تابش‌های الکترومغناطیس از یک منبع ناخواسته درمحدوده فرکانس‌های مشابه با فرکانس‌های کاری آنها و با شدت زیاد قرار می‌گیرند، تداخل امواج الکترومغناطیس ایجاد شده و باعث وقفه یا کاهش عملکرد موثر در این تجهیزات می‌شود. حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس، فرآیند رسیدن به حد مطمئن تضعیف این امواجبه‌وسیله انعکاس و جذب آن‌ها به ترتیب در سطح و درون مواد محافظ می‌باشد. در این تحقیق توانایی حفاظت نانوکامپوزیت‌های اپوکسی-گرافن مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا گرافن سنتز و مشخصه یابی شد و نانوکامپوزیت‌های اپوکسی-گرافن تا 3 درصد وزنی بوسیله فرآیند ریخته‌گری ساخته شدند. سپس توانایی حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس آن‌ها در محدوده فرکانس 8 تا 12 گیگا‌هرتز (باندX) تعیین و بررسی شد. نتایج نشان دادند که این نانوکامپوزیت‌ها توانایی حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس را دارند به گونه ای که حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس درنمونه wt%3 گرافن، dB3/22 در فرکانس GHz12و dB6/17در فرکانس GHz8 اندازه‌گیری شد. مکانیزم غالب در حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس در محدوده فرکانس و درصد‌های گرافن مورد بررسی، مکانیزم جذب است. به گونه ای که در نمونه wt%3 گرافن، 7/89 درصد در فرکانس GHz12و 8/81 درصد در فرکانس GHz8 مربوط به آن است. از این جهت، این نانوکامپوزیت‌ها می‌توانند گزینه­ای مناسب به‌عنوان ماده جاذب امواج الکترومغناطیس نیز باشند.

کلیدواژه‌ها

اپوکسی گرافن؛ نانوکامپوزیت؛ اپوکسی؛ تداخل امواج الکترومغناطیس؛ توانایی حفاظت

مراجع

1-R.W. Evans, “Design Guidelines for Shielding Effectiveness, Current Carrying Capability and Enhancement of Composite Materials”, Appendix A, Fourth Quarter of First Annual Report, NASA-CR-200790, 1996.

2- M.Jaroszewski, and J. Ziaja, “EM Shielding-Theory and Development of New Materials”, Ch.4, p. 1-6, Research Signpost, Kerala, India, 2012.

3-L.F.Chen, C.K. Ong, C.P.Neo, V.V. Varadan, and V.K. Varadan, Microwave Electronics - Measurement and Materials Characterization, p.7,John Wiley and Sons, England, 2004.

4- P.S. Neelakanta, Hand Book of Electromagnetic Materials – Monolithic and Composite Versions and Their Applications, p. 452-3,CRC Press, Florida, 1995.

5- K.S. Navoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva and A.A. Firsov, “Electricfield Effect in Atomically Thin Carbon Films”, Science, Vol. 306, pp. 666-9, 2004.

6-G. De Bellis, A.Tamburrano, A. Dinescu, M.L. Santarelli, and M.S. Sarto, “Electromagnetic Properties of Composites Containing Graphite Nanoplatelets at Radio Frequency”, Carbon, Vol. 49, pp. 4291-4300, 2011.

7- J. Du, and H.M. Cheng, “The Fabrication, Properties, and Uses of Graphene/Polymer Composites”, Macromol. Chem. Phys, Vol. 213, pp. 1060-1077, 2012.

8- H. Kim, A.A. Abdala, and C.W. Macosko, “Graphene / Polymer Nanocomposites”, Macromolecules, Vol. 43, pp. 6515–6530, 2010.

9- D. Galpaya, M. Wang, M. Liu, N. Motta, E.Waclawik, and C. Yan, “Recent advances in Fabrication and Characterization of Graphene-Polymer Nano Composites”, Graphene, Vol. 1, pp. 30-49, 2012.

10-M.A. Rafiee, J.Rafiee, Z. Wang, H. Song, Z.Z. Yu, and N.Koratkar, “Enhanced Mechanical Properties of Nano Composites at Low Graphene Content”, ACSNano, Vol. 3, No. 12,pp.3884-3890, 2009.

11- H.B. Zhang, Q. Yan, W.G. Zhang, Z. He, and Z.Z. Yu, “Tough graphene polymer Microcellular Foams for Electro Magnetic Interference Shielding”, ACS Applied Materials &Interfaces, Vol 3, pp. 918-924, 2011.

12- E. Varrla, S.Venkataraman, and R.Sundara, “Functionalized Graphene-PVDF Foam Composites for EMI Shielding”, Macro Molecular Materials and Engineering, Vol. 296, pp. 894-898, 2011.

13-J. Liang, Y. Wang, Y. Huang, Y. Ma, Z. Liu, J. Cai, C. Zhang, H. Gao, and Y. Chen, “Electro Magnetic Inter Ference Shielding of Graphene/Epoxy Composites”, Carbon, Vol. 47, pp. 922-925, 2009.

14- D.H. Tien, J. Park, S.A. Han, M. Ahmad, and Y.Seo, “Elecrtrical and Thermal Conductivites of Stycast 1266 Epoxy/Graphene Composites”, Korean Physical Society, Vol. 59, pp. 2760-2746, 2011.

15-P.Bhattacharya, C.K. Das, and S.S. Kalra, “Graphene and MWCNT:Potential Candidate for Microwave Absorbing Materials”, Materials Science Research, Vol. 1, No. 2, pp. 126-132, 2012.

16-A.P. Singh, P. Garg, F. Alam, K. Singh, R.B. Mathur, R.P. Tandon, A. Chandra, and S.K. Dhawan, “Phenolic Resin–Based Composite Sheets Filled with Mixtures of Reduced Graphene Oxide, γFe₂O₃ and Carbon Fibers for Excellent Electromagnetic Interference Shielding in the X-Bond”, Carbon, Vol. 50, pp. 3868-3875, 2012.

17-O.A. Al-Hartomy, A. Al-Ghamdi, N. Dishovsky, R. Shtarkova, V. Ilive, I. Mutlay, and F. EI-Tantawy, “Dielectric and Microwove Properties of Natural Rubber Based Nano Composites Containing Grapheme” , Materials Science and Application, Vol. 3, pp. 453-459, 2012.

18-X.J. Shen, Y. Liu, H.M. Xiao, Q.P. Feng, Z.Z. Yu, and S.Y. Fu, “The Reinforcing Effect of GNSs on the Cryogenic Mechanical Properties of Epoxy Resins”, Composites Science and Technology, Vol. 72, pp. 1581-1587, 2012.

19- I. Zaman, T.M. Lip, Q.H. Le, L. Luong, and J. Ma, “A Facile Approach to Epoxy/Graphene Platelets Nano Composites”, 18^TH International Conference on Composite Materials, Korea, Vol. , pp. , 2011.

20-S. Chatterjee, J.W. Wang, W.S. Kuo, N.H. Tai, C. Salzmann, W.L. Li, R. Hollertz, F.A. Nüesch, and B.T.T. Chu, “Mechanical Reinforcement and Thermal Conductivity in Expanded Graphene Nanoplatelets Reinforced Epoxy Composites”, Chemical Physics Letters, Vol. 531, pp. 6–10, 2012.

21- P.Guo, H. Song, X. Chen, L. Ma, G. Wang, and F. Wang, “Effect of Graphene Nano Sheet Addition on the Electro Chemical Performance of Anode Materials for Lithium-Ion Batteries”, Analytica Chimica Acta, Vol. 688, pp 146–155, 2011.

22- S.U. Din Khan, M. Arora, M.A. Wahab, and P. Saini, “Permittivity and Electromagnetic Interference Shielding Investigations of Activated Charcoal Loaded Acrylic Coating Compositions”, Polymers, Vol. 2014, pp.1-7, 2014.

23-C.C. Teng, C.C.M. Ma, C.H. Lu, S.Y. Yang, S.H. Lee, M.C. Hsiao, M.Y. Yen, K.C. Chiou, and T.M. Lee, “Thermal Conductivity and Structure of Non-Covalent Functionalized Graphene/Epoxy Composites”, Carbon, Vol. 49, pp. 5107–5116, 2011.

24-S. Villar-Rodil, J.I. Paredes, A. Martinez-Alonso, and J.M.D. Tascón, “Preparation of Graphene Dispersions and Graphene-Polymer Composites in Organic Media”, Mater.Chem, Vol. 19, pp. 3591-3593, 2009.

25- J.O. Aguilar, J.R. Bautista-Quijano, and F. Aviles,“Influence of Carbon Nanotube Clustering on the Electrical Conductivity of Polymer Composite Films”, Express.Polym.Lett.,Vol. 4, pp. 292–299, 2010.

26- J. Li, P.C. Ma, W.S. Chow, C.K. To, B.Z. Tang, and J.K Kim, “Correlations between Percolation Threshold, Dispersion State, and Aspect Ratio of Carbon Nanotubes”, Adv.Funct.Mater., Vol. 17, pp. 3207-15, 2007.

27- J.J. Hernandez, M.C. Garcia-Gutierrez, A. Nogales, D.R. Rueda, M. Kwiatkowska, and A. Szymczyk, “Influence of Preparation Procedure on the Conductivity and Transparency of SWCNT-Polymer Nano Composites”, Compos.Sci.Technol., Vol. 69, pp. 1867–1872, 2009.