Сьогоднішній світ вже не уявити без всіляких засобів бездротового зв'язку. Неодмінним атрибутом міського пейзажу стали люди з планшетами. Наявність зони Wi-Fi стала умовою роботи місць громадського харчування. Мобільні телефони вже просто більш повсякденні, ніж кулькова ручка.
Весь світ невидимих хвиль, що оточує нас, проявляє себе не тільки можливістю спілкуватися, але й перебоями в роботі, пов'язаними з електромагнітними перешкодами.
Електромагнітна перешкода - це будь-яке електромагнітне явище природного або штучного походження, яке може погіршити якість функціонування технічного засобу.
Системи зв'язку та передачі інформації знаходять застосування у всіх сферах життя суспільства. Вони використовуються не тільки для безпосередньої передачі інформації між абонентами, але так само для зв'язку на різних промислових вузькоспеціалізованих об'єктах, на промислових підприємствах, в цехах, складах і т. д. У зв'язку з цим зростають вимоги до частотних характеристик, швидкостей передачі в телекомунікаційних каналах на даних об'єктах промисловості.
Підвищення стійкості телекомунікаційних каналів і ефективності систем передачі інформації в даний час є найважливішою проблемою сучасної теорії і техніки зв'язку.
Джерела індустріальних перешкод дуже різноманітні. Це обумовлено тим, що робота будь-якого електромагнітного пристрою викликає електромагнітне випромінювання. Перешкоди створюються енергетично і електротехнічним обладнанням, високовольтними лініями електропередачі, промисловим електричним транспортом. Слід зазначити, що джерела електромагнітного випромінювання вельми довільно і випадково розподілені в просторі. Їх вплив тим сильніше, чим ближче вони розташовані до телекомунікаційного обладнання.
Прошу вас, вимкніть живлення
"Все, що вам потрібно, блогери, - це вимкнути свої базові станції, - дратуючись все більше і більше, сказав Стів Джобс (Steve Jobs) присутнім глядачам на показі iPhone 4 в червні 2010 року. - Якщо хочете побачити зразки, вимкніть ноутбуки, всі точки доступу Wi-Fi і покладіть їх на підлогу ".
В натовпі з 5 000 чоловік чи у 500 були робочі пристрої Wi-Fi. Це був справжній бездротовий апокаліпсис, і навіть група кращих фахівців із Силіконової долини нічого не могла з цим вдіяти.
Настільки специфічна тема, здавалося б, не залишає простору для порошкових фарб. Однак винахідник Peter Suorsa з компанії Flextronics Ap, Llc побачив саме в нанесенні покриття одну з можливостей протистояти неприємностям в роботі комунікаційного обладнання. У березні цього року він подав заявку на винахід порошкового покриття, призначеного для поглинання електромагнітних хвиль.
В основі ідеї Пітера Суорси лежить ідея додати в порошкову фарбу дрібнодисперсні елементи, виконані з матеріалу з високою магнітною проникністю. Найбільш підходящим автор вважає пермаллой. Він приводить найкращий з його точки зору склад: нікелю 80%, заліза 18%, молібдену 2%. Далі, важливою є форма цих частинок. Пітер пропонує три варіанти: лусочки, микросферичні тіла і палички. Кожна з форм, як припускає автор, виявиться більш підходящою для якогось спектра поглинаємих частот. Найбільш прийнятною, хоча, вважав саме лусочки. Вказані елементи потім необхідно інкапсулювати в, наприклад, силікат калію. І вже в такому вигляді змішувати з полімерним покриттям і наносити на корпус виробу. Це досить важливий момент. Оскільки для успішної роботи покриття необхідна ізоляція металевих елементів один від одного. В якості способу нанесення покриття обрана ванна псевдозрідження.
На мал.1 схематично показаний принцип роботи покритія. Ідеальною товщиною покриття є чверть довжини хвилі. В результаті хвиля перешкоди 102 частково відбивається 104 на кордоні повітря / покриття 103. А решта хвилі 106 відбивається від поверхні металевого елемента 108, що входить до складу покритія. В результаті відбувається взаємне погашення відбитих хвиль, що не збігаються по фазі.
Пермалой легко намагнічується завдяки тому, що він є магнітоізотропним матеріалом. Тобто його властивості однакові в усіх напрямках. А також в ньому відсутнє явище магнітострикції. Тобто зміна форми і лінійних розмірів кристалічної структури при впливі магнітного поля.
На мал.2 показані пермаллойні лусочки всередині шару тонкоплівкового поглинача. При збільшенні шару покриття можна досягти декількох шарів лусочок. Що призведе до зупинки множинних хвиль перешкод в результаті розбіжності по фазі відбитої хвилі по всій поверхні лусочок з хвилею, відображеної на кордоні повітря / діелектрик.
Запоруку успішної роботи покриття автор бачить в правильному підборі діелектрика, яким ізольовані металеві елементи в покритті. Для різних видів перешкод можуть бути використані поліморфний кремній, карбонат кремнію і більш екзотичні матеріали, як нітрид перехідних металів.
Описаним способом автор припускає отримати ефективний матеріал для поглинання перешкод на частоті 2,4 ГГц, характерній для Wi-Fi. І якщо при звичайному екрануванні, враховуючи довжину хвилі 124 мм, необхідно мати дуже товсту плівку захисту, то при використанні магнітних елементів аналогічний ефект поглинання можливий вже при товщині плівки в 1 мікрон.
На мал.3 автор схематично показав нанесення свого магнітного захисного порошкового покриття в ванні псевдозрідження. Хоча й передбачив для забарвлення рулонної сталі досить специфічний спосіб порошкового фарбування, як електромагнітна щітка.
Основні моменти ідеї Пітера:
- Обробка матеріалу з високою магнітною проникністю і отримання його у вигляді специфічних геометричних форм.
- Інкапсуляція матеріалу у вигляді специфічних форм в ізолюючу матрицю.
- Введення інкапсульованих форм в порошкове фарбування.
- Отримання магнітно-резонансного поглинача перешкод змішанням активних елементів з полімерною порошковою фарбою в необхідному ваговому співвідношенні.
Виключно важливим є співвідношення активних частинок і власне полімерного покриття. Автор вважає оптимальним вміст до 80% магнітних лусочок в покритті. Тому й обрано нанесення в ванні псевдозрідження, що звичайне електростатичне напилення не дозволить нанести подібне покриття.
Окремим пунктом проходить вибір активного матеріалу для нанесення способом електромагнітної щітки. Оскільки цей спосіб має на увазі нанесення частинок порошкової фарби, що прилипли до частинок ферритового носія, що тягнеться від магнітного барабана у вигляді бус. Магнітна природа металів, що утворюють активні тіла в описуваному покритті запобіжить їх передачі на підложку. Тому автор вводить в свій патент згадку про застосування метаматеріалів в якості активних частинок.
Негативна діелектрична постійна і негативна магнітна проникність метаматеріалів дають можливість їх застосування для народження на світ класу захисних покриттів. Автор описує отримання дипольних моментів з частинок діелектрика, чия діелектрична константа вище, ніж у сполучного полімеру і магнітної частинки. Отримувані пари індуктор / конденсатор дозволяють отримувати необхідні поглинювальні характеристики покриття.
Подальша технологія їх обробки та сама, що і для пермаллойних елементів. Але отримання можливості забарвлення рулонної сталі способом електромагнітної щітки вже надає широкі можливості отримання необхідного суворо контрольованого тонкоплівкового покриття з досить високою продуктивністю.
Метаматериал (англ. metamaterial) - штучний композитний структурований матеріал, електромагнітні властивості якого істотно відрізняються від властивостей компонентів, що входять до його складу, і визначаються особливим упорядкуванням і структурою компонентів (кільцеподібною, рулонною, провідною і т. д.).
Опис
Метаматеріали виділені в окремий клас матеріалів, так як їх властивості залежать від структури компонентів, упорядкованих певним чином, і можуть кардинально відрізнятися від властивостей складаючих їх компонентів. До метаматеріалів такого типу відносяться, наприклад, синтетичні діхроічні матеріали, що складаються з ізотропних компонентів: саме асиметрична структура композитного матеріалу, призводить до появи анізотропії форми.
Існують метаматеріали з багаторазово збільшеними електричною проникністю і магнітною сприйнятливістю, метаматеріали, ефективність нелінійних ефектів в яких збільшується на багато порядків в порівнянні зі звичайними речовинами.
Наприклад, ефективність гігантського комбінаційного розсіювання може зростати в 106 разів у порівнянні з вимушеним комбінаційним розсіянням в компонентах, на порядки збільшується ефективність генерації другої і третьої гармонік. Хочка можливість управління структурою компонентів матеріалу дає нову ступінь свободи в конструюванні їх властивостей, однак справжню революцію зробили роботи, які продемонстрували можливість створення метаматеріалів з властивостями, які не зустрічаються в природних матеріалах. Термін «метаматеріали» особливо часто застосовують по відношенню саме до таких матеріалів. Один з найбільш відомих класів метаматеріалів - метаматеріали з негативним коефіцієнтом заломлення, у яких одночасно негативні діелектрична і магнітна проникність. Існування речовин з одночасно негативними діелектричною та магнітною проникністю було теоретично обгрунтоване в роботі В. Г. Веселаго, що вийшла ще в 1967 р. Як показав автор, такі речовини характеризуються негативними значеннями показника заломлення, а багато оптичні властивості істотно відрізняються від властивостей традиційних матеріалів. Природних матеріалів з такими властивостями поки не виявлено. Експериментально речовини з негативним показником заломлення в радіодіапазоні електромагнітних хвиль були створені в 1999 г. [2]. В даний час широким фронтом ведуться роботи зі створення і дослідження метаматеріалів з негативним показником заломлення в оптичному діапазоні. Всі створені штучно матеріали з одночасно негативними діелектричною та магнітною проникністю в оптичному діапазоні є композитами, що містять металеві та діелектричні компоненти.
В цілому, можна судити, що в міру зростання важливості безперебійної роботи електрообладнання та підвищення значення високочастотних джерел перешкод, інтерес до ідеї автора описуваного винаходу зросте. Правда, для досягнення успіху необхідні тривалі дослідження оптимальних розмірів частинок, їх форм, підбір їх для різних джерел перешкод і т.д. А це все належить робити не хімікам - авторам порошкових формул, а радіофізикам.
Швидше за все, ми ще почуємо новини про появу нового виду захисних покриттів через кілька років.
Начальник комерційного відділу
ТОВ Фірма "ОДРІ"
Новак Сергій
