اثر پارامترهاي شكل‌شناسي بر خواص الكترومغناطيسي اسفنج ميكروسلولي پلي‌يورتان گرمانرم در محدوده بسامد نوار X

Morphological Parameters in Relation to the Electromagnetic Properties of Microcellular Thermoplastic Polyurethane Foam in X-Band Frequency Ranges

در اين پژوهش، خواص الكترومغناطيسي اسفنج‌­هاي ميكروسلولي پلي­‌يورتان گرمانرم به­‌عنوان مواد جاذب رادار به روش تجربي در محدوده بسامد نوار (X (4/12-2/8GHz تحليل شد. در چارچوب پژوهش حاضر، هدف اين است كه به ارتباط ميان شكل‌شناسي اسفنج شامل اندازه و كسر حجمي سلول­‌هاي هوا و خواص الكترومغناطيسي آن شامل درصد جذب، عبور و بازتاب پي­برد. نانوكامپوزيت­‌ها با درصدهاي مختلف دوده با روش انعقاد تهيه و نانوكامپوزيت %15 وزني، با استفاده از روش اسفنج­‌سازي ناپيوسته و گاز CO2 ابربحراني، در كسر حجمي و اندازه سلول­‌هاي مختلف به اسفنج ميكروسلولي تبديل شدند. شكل‌شناسي سلولي اسفنج‌­ها، با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني و خواص الكترومغناطيسي با دستگاه Vector Network Analyzer ارزيابي شد. اثر پارامترهاي شكل‌شناسي اسفنج شامل كسر حجمي و نيز اندازه سلول­‌هاي هوا روي خواص جذب بررسي شد كه در طراحي اسفنج­‌هاي جاذب رادار نقش بسزايي دارند. در نهايت، ارتباط ميان ساختار اسفنج و خواص الكترومغناطيسي آن بنا شد. اسفنج‌‌­سازي سبب كاهش آستانه شبكه‌اي‌شدن نانوكامپوزيت به علت كاهش متوسط فاصله ميان نانوذرات مي­‌شود. اسفنج­‌سازي با كاهش ثابت دي­‌الكتريك مقدار بازتاب را به مقدار قابل توجهي كاهش داده و افزايش كسر حجمي سلول­‌هاي هوا به علت تعدد پراش داخل ماده سبب افزايش درصد جذب به ازاي واحد جرم اسفنج مي­‌شود. حساسيت موج الكترومغناطيسي در برابر تغييرات اندازه سلول نسبت به تغييرات كسرحجمي اسفنج­‌هاي ميكروسلولي به مراتب كمتر است. خواص الكترومغناطيسي اسفنج­‌هاي ميكروسلولي از نظريه­‌هاي محيط موثر قدري انحراف دارد. كسر حجمي سلول­‌هاي هوا تابع اندازه سلول نيز هستند و سلول­‌هاي ريزتر خواص جذب بهتري نشان مي‌دهند.

Microcellular thermoplastic polyurethane foams are examined as absorbing materials in the X-band (8.2-12.4 GHz) frequency range by means of experiment. In this work, we aim to establish relationships between foam morphology including cell size and air volume fraction and electromagnetic properties including absorption, transmission and reflection quality. Nanocomposites based on thermoplastic polyurethane containing carbon black were prepared by coagulation method. In this procedure 15 wt% carbon black-containing nanocomposite was converted to microcellular foams using batch foaming process and supercritical carbon dioxide as physical foaming agent. The morphology of the foams was evaluated by scanning electron microscopy. S-parameters of the samples were measured by a vector network analyzer (VNA) and the effect of morphological parameters such as cell size and air volume fraction on the absorbing properties was investigated. We also established structure/properties relationships which were essential for further optimizations of the materials used in the construction of radar absorbing composites. Foaming reduced the percolation threshold of the nanocomposites due to the reduction in the average distance between nanoparticles. Foaming and dielectric constant reduction dropped the reflection percentage significantly. The increase in air volume fraction in the foam increased absorption per its weight, because of multiple scattering in composite media. The sensitivity of electromagnetic wave toward the variation of cell size is strongly weaker than that toward the variation of air volume fraction. Electromagnetic properties of the microcellular foams deviated a little from effective medium theories (EMTs). Air volume fraction of the cells was a function of cell size and smaller cells showed higher absorption.