Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали полимерный материал, который можно применить для защиты различных устройств от микроволнового излучения, сообщается в пресс-релизе вуза.
Установлено, что некоторое облучение полимерных материалов повышает их долговечность. В связи с этим является актуальным использование полимеров при разработке композитов для защиты электронных устройств и живых организмов от микроволнового излучения. Ученые Пермского Политеха выяснили, как сверхвысокочастотное излучение влияет на деформационные и прочностные характеристики полимерного связующего на основе каучука.
В настоящее время полимеры в различных технических устройствах могут подвергаться воздействию электромагнитного излучения. В результате облучения структура полимеров может существенно меняться, что приводит к изменениям их физико-механических свойств. В ряде случаев обработка полимеров электромагнитным полем снижает жесткость материала, при этом понижается уровень развивающихся при деформациях напряжений, что повышает долговечность полимеров.
Ученые ПНИПУ разработали компаунд на основе каучука с функцией защиты от СВЧ-излучения Изображение: пресс-служба ПНИПУ
Композиции на основе низкомолекулярного жидкого каучука являются наиболее удобными для изготовления полимерных композитов из-за его низкой вязкости и малой чувствительности системы отверждения к влаге. Каучук — это полимер искусственного и природного происхождения, из которого в основном производят резину. Материал характеризуется водонепроницаемостью, эластичностью, гидроизоляционными свойствами. Однако разработка композитов на основе каучука с функцией защиты от СВЧ-излучения затруднена из-за отсутствия данных по влиянию облучения на весь комплекс физико-механических свойств этого материала. Ученые Пермского Политеха закрыли этот пробел.
На основе жидкого каучука исследователи создали твердые, неплавкие, нерастворимые образцы в лабораторных условиях. Их испытывали с определением прочности на разрыв и относительной деформации при разрыве. Измерения проводили при температурах 223, 293 и 323 по Кельвину.
В качестве источника СВЧ-излучения политехники использовали СВЧ-генератор с частотой излучения 2,45 ГГц и мощностью 700 Вт. Образцы для воздействия излучения помещали в герметичный контейнер из пенопласта, который располагали непосредственно на срезе рупорной антенны генератора.
При подготовке к процессу ученые поделили образцы на партии, время облучения которых различалось (300, 600, 900 и 1200 секунд). Основной величиной воздействия СВЧ-излучения на материалы является плотность тепловой энергии, поглощенной материалом. Поэтому после облучения партия образцов остывала в естественных условиях, и ученые проводили на них измерения плотности тепловой энергии.
«Результаты показали, что при температуре исследования 223К увеличение времени воздействия СВЧ-излучения на исследуемый материал приводит к возрастанию относительной деформации при разрыве и совсем незначительное уменьшение прочности. Так при времени воздействия в 600 секунд относительная деформация увеличивается до 500%, при этом прочность снижается незначительно. При воздействии в 900 секунд уровень относительной деформации увеличивается до 585%, а прочность увеличивается до 14 МПа. Увеличение времени до 1200 секунд приводит к дальнейшему повышению указанной деформации до 600% с некоторым падением прочности до 11,3 МПа. Для других температур последовательное повышение уровня относительной деформации при разрыве не так очевидно», — рассказывает доцент кафедры «Прикладная физика» Пермского Политеха, кандидат физико-математических наук Эргаш Нуруллаев.
Ученые отмечают, что исследованный эффект СВЧ-облучения на физико-механические свойства исследованного связующего становится значимым только по достижении 1200 секунд облучения.
Полученные результаты подтверждают эффективность использования связующих на основе каучука в качестве полимерной основы композитов для защиты от СВЧ-излучения. Изученный учеными материал сможет применяться в электронных устройствах для их защиты от микроволнового излучения малой и средней мощности. Например, такое связующее может быть использовано для создания защитных экранов на гаджеты, компьютеры и телевизоры, которые могут снизить влияние электромагнитного излучения на человека.
Микроволновое или сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение занимает большое место в современном мире. Электромагнитные волны позволяют нам пользоваться мобильными телефонами, интернетом, GPS-навигацией, микроволновыми печами, также они широко используются в радиолокации и радионавигации. Под действием СВЧ-излучения молекулы двигаются с высокой частотой, при этом выделяется тепловая энергия, с помощью которой можно, например, разогревать пищу в микроволновке. Однако большое поглощение тепловой энергии может разрушительно повлиять на электронные устройства и живые организмы.
Статья с результатами опубликована в журнале «Все материалы. Энциклопедический справочник». Исследования проведены при финансовой поддержке Пермского края в виде гранта по проекту «Модели, методы и цифровые технологии для создания функциональных композиционных и полимерных материалов с помощью их обработки концентрированными потоками гамма-квантов в различных газовых средах».