КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-79-00048
НазваниеРазработка и исследование свойств радиопоглощения в микроволновом диапазоне частот многослойных композиционных структур "гексаферрит / полимер"
Руководитель Вагнер Дмитрий Викторович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл
Конкурс №97 - Конкурс 2024 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова композит, гексаферрит, полимер, многослойная структура, коэффициент отражения, радиопоглощение, радиозащита, магнитная проницаемость, диэлектрическая проницаемость
Код ГРНТИ47.09.53
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Побочное электромагнитное излучение (ПЭМИ) возникающее в процессе работы высокочастотной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) – проблема XXI века. Оно может привести к возникновению сбоев в работе оборудования, расположенного в радиусе его действия, и утечке конфиденциальной информации на объектах связи. Для решения этой проблемы необходимы новые радиопоглощающие материалы, которые обеспечат электромагнитную совместимость (ЭМС) технических устройств. Одними из перспективных материалов в данной области являются ферриты с гексагональной структурой (гексаферриты). Поглощение электромагнитного излучения в гексаферритах реализуется двумя основными механизмами: резонанс доменных границ (РДГ) и естественный ферромагнитный резонанс (ЕФМР), которые возникают на спектрах комплексной магнитной проницаемости в диапазоне высоких частот. Основной вклад в поглощение на высоких частотах связан именно с ЕФМР. На основе анализа литературных источников установлено, что возможности управления частотой ЕФМР до сих пор не исследованы в достаточной степени. Более того, до настоящего времени не установлены физические механизмы поглощения ПЭМИ, в случае применения многослойных (два и более слоя) композитов, содержащие в своем составе, как магнитомягкие (Y-, Z-, W-типы), так и магнитотвердые гексаферриты (М-тип).
Цели проекта: 1) разработка многослойных композитов на основе гексаферритов и исследование их физических характеристик, в том числе радиопоглощающих; 2) исследование механизмов управления частотой ЕФМР разработанных композитов за счёт вариации химического состава и воздействия на них внешних магнитных полей.
Основная идея данного проекта состоит в сочетании современных подходов к созданию композиционных материалов с высоким управляемым уровнем электрических и магнитных потерь электромагнитного излучения: 1) изготовление многослойных композитов для постепенного уменьшения волнового сопротивления и возникновения дополнительных потерь за счёт эффекта Максвелла−Вагнера; 2) управление электромагнитными характеристиками композитов за счёт использования гексаферритов различных составов; 3) воздействие на композиты в процессе их полимеризации ультразвука и постоянного магнитного поля для создания однородной магнитной текстуры, которая позволит управлять значениями комплексной магнитной проницаемости.
Таким образом, научная новизна проекта заключается в разработке новых многослойных композитов на основе гексаферритов различного химического состава с дополнительными электрическими и магнитными потерями, управляемыми магнитными характеристиками за счёт использования многослойной структуры и метода магнитного текстурования.
Полученные композиты могут найти применение не только в качестве радиопоглощающих материалов, но и в изготовлении из них элементов согласованных нагрузок волноводных трактов микроволнового диапазона.
На финальном этапе выполнения проекта будут разработаны технологические карты и поданы заявки на регистрацию ноу-хау по способам изготовления многослойных композитов на основе гексаферритов и полимерной матрицы для радиоэлектронной промышленности.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За отчетный период проведены следующие работы:
1) Разработаны технологические условия синтеза гексаферритов M-типа (SrCoхTiхFe12-2xO19, 0,5 ≤ x ≤ 1,0), Y-типа (Ba2Ni2-xCuxFe12O22, 0,4 ≤ x ≤ 1,2), W-типа (BaCo2-xZnxFe16O27, 0,8 ≤ x ≤ 1,4) и Z-типа (Ba3Co1,5+xTixFe24,5–2хO41, 0,0 ≤ x ≤ 0,8). Синтез проводили по керамической технологии. Все гексаферриты имели содержание целевой фазы более 90 об. %;
2) Установлено влияние замещения ионов Ni2+ диамагнитными ионами Cu2+ в системе гексаферритов Y-типа Ba2Ni2-xCuxFe12O22, ионов Fe3+ комплексом ионов (Co2+Ti4+) в системе гексаферритов SrCoхTiхFe12-2xO19, ионов Co2+ ионами Zn2+ в системе гексаферритов W-типа BaCo2-xZnxFe16O27 на значения поля магнитокристаллической анизотропии, удельной намагниченности насыщения и температуры Кюри;
3) Установлено влияние замещения ионов Fe3+ комплексом ионов Co2+Ti4+ в системе гексаферритов Z-типа Ba3Co1.5+xTixFe24.5-xO41 на значение температур спин-ориентационных фазовых переходов. Определено, что при x = 0,7 наблюдается максимальный диапазон температур, при котором магнитокристаллическая анизотропия имеет тип плоскости легкого намагничивания;
4) Разработаны поглощающие композиты на основе гексаферритов Ba2Ni2-xCuxFe12O22 (x = 0,4; 0,8; 1,0 и 1,2) и Ba3Co2,2Ti0,7Fe23,1O41. Исследованы частотные зависимости магнитной и диэлектрической проницаемостей в диапазоне частот от 20 МГц до 18 ГГц. Получены новые научные знания о частотных зависимостях магнитной проницаемости от химического состава гексаферритов, конкретно, от диамагнитного разбавления простых составов гексаферритов;
5) Определено влияние внешних магнитных полей во время полимеризации композитов, изготавливаемых методом магнитного текстурования на электромагнитные характеристики. Магнитное текстурование позволяет увеличить значение магнитной проницаемости в ~1,5 раза. За счет создания в композитах многослоевой структуры и проявления эффекта Максвелла-Вагнера происходит увеличение значений диэлектрической проницаемости;
6) Проведена оценка радиопоглощающих свойств разработанных композитов в диапазоне сверхвысоких частот. Определена зависимость коэффициента отражения радиопоглощающих композитов от магнитной текстуры, химического состава наполнителя и толщины композита. Создавая в композитах магнитную структуру, изменяя состав наполнителя и толщину можно управлять полосой поглощения в широком диапазоне частот;
7) Результаты работы представлены на всероссийских конференциях и опубликованы в журналах Journal of Magnetism and Magnetic Materials и Известия вузов. Физика.
Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет:
Ученые подобрали оптимальные условия для синтеза гексаферритов бария. – URL: https://rscf.ru/news/engineering-sciences/uchenye-podobrali-optimalnye-usloviya-dlya-sinteza-geksaferritov-bariya/
Публикации
1.
Вагнер Д.В., Карева К.В., Журавлев В.А., Минин Р.В., Доценко О.А., Баскакова К.И., Кеда И.С.
Фазовый состав, структура и магнитные свойства ферритов никеля, полученных методом золь-гель-горения
Известия вузов. Физика., Известия вузов. Физика. 2025. Т. 68, № 3(808). С. 66-73. (год публикации - 2025)
10.17223/00213411/68/3/9
2.
Карева К.В., Вагнер Д.В., Журавлев В.А., Циммерман А.И., Сураев А.С.
Microwave characteristics of textured composite mixtures containing ferrite powders and MWCNTs
Proceedings - 2024 IEEE 9th All-Russian Microwave Conference, RMC 2024, 2024 IEEE 9th All-Russian Microwave Conference (RMC), Moscow, Russian Federation, 2024, pp. 242-245 (год публикации - 2024)
10.1109/RMC62880.2024.10846912
3. Карева К.В., Вагнер Д.В., Журавлев В.А. Микроволновые характеристики текстурованных композиционных материалов на основе гексаферрита Y-типа и МУНТ Тезисы докладов I Всероссийской конференции «Полимеры и композиты на их основе: прикладные и экологические решения», Тезисы докладов I Всероссийской конференции «Полимеры и композиты на их основе: прикладные и экологические решения», г. Казань, 21–24 апреля 2025 года, с. 105. (год публикации - 2025)
4.
Вагнер Д.В., Карева К.В., Журавлев В.А., Бугрова Т.А., Циммерман А.И., Минин Р.В.
Study of the phase composition, structural and magnetic properties of M−type hexaferrites produced by self-propagation high-temperature synthesis
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 618, 15 April 2025, 172887 (год публикации - 2025)
10.1016/j.jmmm.2025.172887