Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка научных основ синтеза микро и наноструктурированных композиционных радиопоглощающих материалов для устройств энергетики и радиоэлектроники

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.12.0020
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Получение новых научных результатов, актуальных для инновационного развития российских технологий по приоритетному направлению науки и техники «Индустрия наносистем и материалы».
Развитие ведущей научной школы Российской Федерации.

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Чепарин Владимир Петрович

Этапы проекта

1
04.08.2008 - 20.11.2008
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ОТЧЕТНОМ ЭТАПЕ № 1
< Разработка научных основ синтеза микро и наноструктурированных композиционных радиопоглощающих материалов для устройств энергетики и радиоэлектроники >
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 04 августа 2008 г. № 02.513.12.0020
.

Шифр: «2008-10-1.3-2008-10-1.3-07-26-032»
Период выполнения этапа 04 августа 2008 г. – 20 ноября 2008 г
Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский энергетический институт (технический университет)» ГОУВПО МЭИ (ТУ), 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 14

Цель работы Получение новых научных результатов, актуальных для инновационного развития российских технологий по приоритетному направлению науки и техники «Индустрия наносистем и материалы».
Развитие ведущей научной школы Российской Федерации.
Разработка новых классов материалов с высокими значениями радиопоглощающих свойств; установление физико-химических закономерностей создания пленочных слоев на основе высокоанизотропных магнитных и высокодобротных керамических материалов. Создание на базе нанотехнологии больших поверхностей оксидных материалов с целью решения актуальных проблем современных технологий в области поглощения СВЧ излучения.


1. Наименование разрабатываемой научной продукции
Определена методика проведения исследований, представления экспериментальных результатов и результатов расчетов и математического моделирования, сопоставлены результаты с аналогами.
Представлены теоретические положения и рекомендации эффективного применения полимерных композиционных материалов в системах СВЧ – техники. Получены эмпирические зависимости состав – свойства материалов; определены закономерности изменения свойств синтезируемых радиопоглощающих композитов в зависимости от фазового состава гетерогенных наполнителей. Определено влияние размерности и поверхности нано – и субмикронных частиц наполнителей на резонансное поглощение электромагнитного излучения. Определена роль поверхностно – активных веществ в исследуемых композитах. Создан новый класс гетерогенных наполнителей, играющих роль высокоэффективной радиопоглощающей среды в диапазоне частот 2 – 40 ГГц,
модели, методы расчета радиопоглощающих композитов и покрытий. Определено влияние фазового и химического состава на магнитостатические, электродинамические свойства и частоты резонансного поглощения электромагнитного излучения композитов. Разработаны математические модели и алгоритмы моделирования процессов взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ диапазона с многослойными радиопоглощающими композиционными структурами;
Созданы методики моделирования процессов теплообмена при взаимодействии электромагнитного излучения СВЧ диапазона с многослойными радиопоглощающими композитными структурами.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции

2.1. Результаты работы на отчетном этапе, в том числе: разработанные виды продукции (веществ / устройств / программных продуктов / технологий / методов и результатов исследований) с указанием их характеристик, полученных, в том числе, по результатам испытаний, оценка соответствия этих характеристик требованиям технического задания.
Создание на базе нанотехнологии больших поверхностей оксидных материалов с целью решения актуальных проблем современных технологий в области поглощения СВЧ излучения. Существенное снижение взаимных помех в передающих и приемных трактах (работающих в диапазоне 2 …40 ГГц) возможно за счет нанесения пленочных покрытий радиопоглощающих магнитных и диэлектрических материалов нового поколения.
Такие материалы сочетают в себе поглощающие свойства, присущие магнитным материалам, и, одновременно, имеют высокие электроизоляционные свойства и тонкий слой покрытия, что открывает возможность улучшения параметров телекоммуникационных и локационных систем и обеспечивает расширение функциональных и тактико-технических возможностей радиоэлектронных средств.
Возможность реализации композиционных поглотителей СВЧ энергии на основе феррита и параэлектрика обусловлена высоким быстродействием диэлектрического отклика на внешнее поле(10-11с) и относительно низким значением тангенса угла диэлектрических потерь в параэлектрической фазе.
В работе исследованы закономерности распределения и влияния легирующих диамагнитных на магнитостатические и электродинамические свойства и частоты резонансного поглощения электромагнитного излучения с наполнителями из высокоанизотропных ферримагнитных сред.
Исследовано влияние на свойства композиционных радиопоглощающих материалов соотношения между диэлектрическими и магнитными фазами; химического состава наполнителей и полимерного связующего на магнитную и диэлектрическую проницаемости в диапазоне частот (2 – 40) ГГц с целью оптимизации композиций.
Созданы микро и наноматериалы на базе связующего, содержащего наночастицы и микрочастицы гексаферритов с развитой поверхностью для эффективной защиты объектов.
2.2. Новизна научных, конструкторских или технологических решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Проект направлен на решение проблемы формования изделий сложной формы из микро и нанопорошков с целью изготовления высококачественных композитных изделий различного функционального назначения. Для её решения разработана технология равномерное распределение плотности нанопорошков (НП) в устройствах сложной формы, обеспечена химическая чистота и требуемый фазовый состав готовых изделий.
2.3 Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе
Изучены зависимости параметров СВЧ поглощения от размерности и поверхности наполнителей на величину резонансного поглощения электромагнитного излучения;
-проведены теоретические и экспериментальные исследования гетерогенных полимерных КММ для защиты от ЭМИ различных объектов и снижение взаимных помех в передающих и приемных трактах радиоэлектронных устройствах;
- исследованы влияние постоянных и СВЧ магнитных полей на магнитостатические, электродинамические и теплофизические параметры полимерных радиопоглощающих композиционных материалов с целью получения данных и выработки рекомендаций, необходимых для разработки и проектирования радиоэлектронных изделий с использованием исследуемых материалов;
-проведен анализ влияния
-показано влияние электропроводящих нано - субмикронных частиц (углеродных на-нотрубок, сажи, графита и др.) на величину поглощения и диэлектрические свойства в КММ (композиционных магнитных материалов);
- проведены экспериментальные и теоретические исследования электропроводности, теплопроводности и теплоемкости наполнителей и полимерных радиопоглощающих композиционных материалов
- разработаны рекомендации, направленные на совершенствование и модификацию технологических процессов КММ;
- разработана математическая модель процессов взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с многослойными радиопоглощающими композиционными структурами;
- разработана методика моделирования процессов теплообмена при взаимодействии электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с многослойными радиопоглощающими композиционными структурами;
- оптимизированы процессы термообработки многослойных радиопоглощающих композиционных материалов.
- разработаны поглотители СВЧ энергии, в которых в качестве нелинейного элемента используются керамические легированные редкоземельными элементами титанат бария в парафазе вместе с гексагональными наполнителями.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.
В процессе выполнения НИР достигнуты следующие значения программных индикаторов и показателей:
опубликовано две статьи в ведущих научных журналах, содержащих результаты интеллектуальной деятельности, полученные в рамках выполнения проектов проблемно-ориентированных поисковых исследований две статьи в материалах международной конференции ИРЭ РАН РФ.
Серебрянников С.В. Основы современной энергетики: учебное пособие для вузов в 2т. Том 2.Гл14.Электрические материалы М.: Издательский дом МЭИ, 2008, с.483-520
Серебрянников С.В., Смирнов Д.О., Чепарин В.П., Китайцев А.А.
Серебрянников С.С. Термогравитационный анализ процесса термической деструкции полимеров, наполненных гексаферритами бария. Кабели и провода №3(310) М. 2008г. с.20-22.
Свойства гетерогенный радиопоглощающих магнитных композитов Труды XVII Радиолокации и радиосвязь ИРЭ РАН РФ. ноября 2008, Москва (Фирсановка) с. 588-598
Серебрянников С.В.,Бородулин В.Н., Чепарин В.П. и др.Физико – механические свойства композиционных радиопоглощающих материалов на основе ферритов
XVII Радиолокации и радиосвязь ИРЭ РАН РФ. ноября 2008, Москва (Фирсановка) с. 579-587.
Подана заявка на изобретение в РОСПАТЕНТ 10.11.2008г. регистрационный №2008144090
В рамках выполнения проекта проблемно- ориентированного исследования выполнена диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук аспирантом Серебрянниковым С.С. Тема диссертационной работы: «Электрические и теплофизические свойства гексаферритов и композитов на их основе».
Диссертационная работа будет рассмотрена в специализированный Совет Д-212.157.04.дата защиты 26.12.2008года.
К выполнению исследований и разработок были привлечены 5 человек из числа молодых специалистов это: аспирант Серебрянников С.С.1983 года рождения, аспирант Смирнов Д.О., 1983 года рождения, к.т.н. Дамбис М. К., 1978 года рождения, ассистент с высшим образование Корякин А.Г., 1982 года рождения, аспирантка Маслова Л.А. 1984 года рождения.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция).
Впервые разработаны модели и методы расчета радиопоглощающих композитов и покрытий СВЧ диапазона должны быть получены:
- предложены практические рекомендации, направленные на совершенствование и модификацию технологических процессов, изготовления радиоэлектронных конструкций.
Методами металлографии, электронной микроскопии и исследования высокочастотных характеристик, показано влияния размерности и морфологии поверхности поликристаллических ферритовых и электропроводящих частиц на поглощение электромагнитного излучения.
Структурные характеристики композита улучшались поверхностно – активными добавками (например, олеиновой кислоты и полианилина).
Разработаны и обоснованы соотношения между диэлектрическими и магнитными фазами, химическим составом наполнителей и полимерного связующего на магнитную и диэлектрическую проницаемости в диапазоне частот (2 – 40) ГГц на свойства композиционных радиопоглощающих материалов.
Изготовлены макеты композиционные радиопоглощающих материалов и покрытий для корпусов монолитных интегральных схем СВЧ диапазона радиоэлектронной аппаратуры.
Основные характеристики радиопоглощающего материала:
рабочие частоты 2– 40 ГГц;
коэффициенты потерь при отражении
в рабочем диапазоне частот 12- 15 Дб;
температурный диапазон -100 0С - +100 0С
толщина покрытия, не более 1 мм.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Впервые показаны экспериментальные результаты развития помехозащищенности радиоаппаратуры в целом. Повышение стабильности характеристик радиопоглощающих покрытий в диапазоне частот 2 – 40ГГц достигнуто путем использования композиционных магнитных и диэлектрических материалов, которые представляют собой смесь синтетических смол и специальных наполнителей - диспергированных поликристаллических бариевых магнитноодноосных ферритов различного химического состава, отличающихся значениями частоты естественного ферромагнитного резонанса, и диэлектрических материалов на основе титаната бария, легированные редкоземельными ионами.
Уникальные свойства полученных материалов позволяют создавать на их основе эффективные радиопоглощающие покрытия и фильтрующие устройства с малыми потерями в полосе пропускания и большим уровнем подавления в полосе заграждения. Отличительной особенностью разрабатываемых материалов является стабильность параметров и возможность серийного выпуска на предприятиях химической промышленности России.
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на развитие науки, техники, экономики и социальной сферы России.
Создание нового класса гетерогенных композиционных материалов на основе микро и нанопорошковых наполнителей, играющих роль высокоэффективной радиопоглощающей среды в диапазоне частот 2 – 40 ГГц, не имеющих аналогов, позволит создавать радиоэлектронные приборы с высокой добротностью.
Разработка диэлектрических наноструктур, на основе легированных титанатов бария редкоземельными материалами, с высокими значениями диэлектрической проницаемости ?=80 и добротности не менее 1000, так как более высокие значения этих величин ухудшают распределение электромагнитного поля в феррите и уменьшают величину полезно используемой энергии.
В качестве активирующего диэлектрика в феррито-керамических устройствах (фазовращатели и т.п.), применяется соединение со структурой от кубической до гексагональной состава ВaOLn2O34TiO2, где Ln= La, Nd, Sm. Сочетание высоких значений e и малых значений tgd, рассматриваемых материалов, объясняется доминирующим вкладом в e низкочастотных колебательных мод.
Сотрудниками лаборатории разработаны магнитодиэлектрические композиты, сохраняющие в области сверхвысоких частот механические свойства и немонотонный характер частотной дисперсии комплексной магнитной проницаемости. Полученные результаты весьма важны в плане понимания физических явлений, характеризующих взаимодействие полимерных магнитодиэлектриков с СВЧ - излучением.
Полученные результаты явились основой для создания впервые в нашей стране высоконаполненных ферримагнитных, новых поглотителей электромагнитных волн.
В настоящее время лаборатория проводит принципиально важные и новые исследования, посвященные изучению механизма релаксационных процессов применительно к перспективным композиционным материалам.

4. Выводы
Разработаны технологические принципы и процессы необходимые для создания гетероструктур, пленочных материалов и микроволновых частотно-селективных устройств для обеспечения электромагнитной совместимости электронных систем управления радиоэлектронными системами в диапазоне частот 2-40 ГГц.
Разработаны современные методы моделирования нанокристаллических, пленочных материалов и микроволновых частотно-селективных устройств, обеспечивающих электромагнитную совместимость электронных систем управления и их помехозащищенность.
Создание нового класса гетерогенных композиционных материалов на основе микро и нанопорошковых наполнителей, играющих роль высокоэффективной радиопоглощающей среды в диапазоне частот 2 – 40 ГГц, не имеющих аналогов, позволит создавать радиоэлектронные приборы с высокой добротностью.
Используемые при разработке сложных функциональных блоков для радиолокационных станций и обеспечит снижение на 20…40 дБ взаимного влияния элементов внутри единого корпуса ППМ, и позволит существенно повысить эффективность СВЧ приемо-передающих модулей радиолокаторов фазированных антенных решеток (ФАР).
Разработаны диэлектрические наноструктуры, на основе легированных титанатов бария редкоземельными материалами, с высокими значениями диэлектрической проницаемости ?=80 и добротности не менее 1000.
Результаты НИР могут быть востребованы предприятиями: НИИ Пульсар, СПП РАН, ФАЗАТРОН и др.


Руководитель работ по проекту
Ректор ГОУВПО МЭИ (ТУ), _________________ С.В.Серебрянников
___ ноября 2008 г.
М.П.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ИМХ РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ФГБОУ ВО "УГАТУ"
профинансировано
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
профинансировано
Тема
Разработка научных основ синтеза микро и наноструктурированных композиционных радиопоглощающих материалов для устройств энергетики и радиоэлектроники.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Новые наноструктурированные материалы, полученные на основе металлоорганических соединений.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка базовых принципов технологии изготовления наноструктурированных дисперсных композиционных материалов для производства каталитических мембран.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
2
Тема
Объемные наноструктурные титановые материалы и стали для инновационных применений.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Наноструктурированные функциональные полимерные системы.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
2