Введение к работе
Актуальность тгмы исследования. Постоянный интерес к физике композитных радиомэтеризлов обусловлен потребностью в новых материалах с заданными электрофизическими свойствами, которые нелегко, а чаце невозможно получить в однородных монофазных веществах.Такие материалы широко используются в устройствах, работающих в СВЧ-диапазоне [1-3].Особую актуальность в последнее время приобрела задача создания радиопоглодающих и просветляющих покрытий, раднопроз-рачкых конструкционных элементов и т.п. Широкополосноеть покрптия определяется частотной зависимостью магнитной и диэлектрической проницаемостей. Поэтому в ряде случаев возникает необходимость создания материалов со сложными законами дисперсии. Так, например, одним из путей конструїфования широкополосных покрытий является
использование материалов с показателем преломления -/си (є,ц - диэлектрическая и магнитная проницаемости), имеющим такую частотную зависимость,~которая приводит к компенсации изменения набега фазы распространяющейся по материалу волны. Однако импеданс в веществе, характеризующийся отношением магнитной к диэлектрической проницаемостей Уиус, желательно сохранять постоянным для обеспечения условий согласования в заданном диапазоне частот. Удовлетворить обоим условиям можно, лишь создавая материалы с дисперсией как магнитной, так и диэлектрической проницаемостей.
Одним из интересных классов веществ, в которых внутренняя структура порождает ряд особенностей в частотных зависимостях магнитной и диэлектрической проницаемостей являются перколяциокные системы [4]. Перколяцисншми системами принято называть неупорядоченные'системы, в которых при некоторой критической концентрации проводящего компонента, называемой порогом протекания, наблюдается переход от проводящего к непроводящему состояния. До настоящего времени внимание экспериментаторов уделялось статическим [5-7] и динамическим [4] диэлектрическим свойствам перколяционных систем,в поведении которых был обнаружен ряд интересных аномалий. Поведение аффективной магнитной проницаемости вблизи порога протекания также обладает особешюстями.изучение которых могло бы дать дополнительную информацию о свойствах перталяционного перехода.
Одним из способов создания материалов с заданными дисперсионными свойствами, очень важными для приложений, является использование в композитах вытянутых проводящих включений с размером, сравнимым с длиной волны [8]. Использование в качестве включений
ферромагнитных металлов приведет к дополнительным особенностям в спектрах эффективных прэницзешстей вследствие комбинации магнитных свойств включении и скин-гЗфекта. Заметим, что б рассматриваемых композитных материалах с проводящими включениями роль ския-аффектз е формировании эффективных электрофизических свойств так или иначе должна проявляться. Это касается как псрколяцконных систем, так и систем с металлическими частицами при малых концентрациях. Экспериментальные исследования влияния скиЕнровазия на эй>-фгктпвкые ыагЕзтнуп и диэлектрическую проницаемости композитного материала когла би служить проверкой суиествущих теоретических полелей я являются актуальными.
Цель диссєртсіионЕоа работы - экспериментальное исследование процессов, существенно вликзцих на формирование ' афїВКТКЕНЬЗ иагкитной е диэлектрической проЕщаемостей композитЕНх материалов при использовании в них проводящего фарромапштЕого компонента.
Значительное внимание ь работе уделено вопросам влияния скпк-зффекта ва характер частотной зависимости эффективней іівгнитеоії проницаемости. Так, для частиц сферической форда учет скин-зффекте
МОЕЕО ПрОЗеСТЕ НЭПбОЛее ПОСЛеДОВЗТеЛЬНО [9]. ЕСЛИ СЧПТВТЬ, Ч'ЛЗ
частиш электрически не контактируют друг с другом, такое рассмотрение сводится к перенормировке диэлектрической И ЫаГНИТЕОЕ пронл-паеьсости проводящего компонента. Это проявляется в возникновении дополнительной дисперсии, что «окно использовать при конструировании материалов с заданными электрофизическими свойствами. Экспериментальное исследование влияния размеров и фэрш частиц предоставляет возмонеость оценки границ применимости теории Зф$ЄКТЕЕ30Й среды.
Другий проявление»* электродинамических эффектов в рассматриваемых системах гюсет быть диамагнетизм на кластерныхчструктурах, когда токи Фуко на них дзет вклад в суммарную намагниченность.Дан-т& эффект может быть существенен в области больших концентраций вблизи сорога пргчекаыш. Экспериментальное обнарузение аномального поведения эффективной ьгагЕитпой проницаемости могло бы служить подтьеркдениеы современных представлений о структуре перколяцион-шх систем.
Еще одним важны?.! направление»! исследований является подавление скав-зфекта с целью получения высоких значений магнитной хгоо-Евдаешсти композита в СБЧ-области.Использование частиц с размером ыеяьЕШ тсшднны скин-слоя с электродинамической точки зрения может дать вупный аффект, однако магнитные свойства этих частиц как цра-
2 '
вило также зависят от их размеров и формы [ю]. Экспериментальное исследование влияния размеров и формы частиц на эффективные электрофизические параметры композита стэбилось задачей цашюй работы. При этом исследовался как ЕФМР (естественный ферромагнитный резонанс), так и ФМР (в присутствші внешнего поля).
Наконец, моя'ло попытаться создать материалы с высоким коэффициентом преломления и не слишком низким импедансом благодаря использованию упорядоченных магнитных структур. Речь идет о НВІШЛЯЄ-мкх через маску многослойных структурах, в которых ферромагнитные слои разделены диэлектрической развязкой, а пониженная диэлектрическая проницаемость обусловлена отсутствием контактов между напыляемыми ячейками. Для такой среды можно вычислить и измерить эффективные параметры. Решая обратную задачу можно определить микроскопическую проницаемость пленочногоматериала.
Конкретные задачи, которые решались в работе, можно сформулировать следующим образом.
I.Создание серии методик, позволяющих провести комплексное исследование электрофизических свойств композитных материалов, содержащих ферромагнитные включения, в том числе автоматизированных установок для измерения спектров прошщаемостей, спектров ФМР, характеристик покрытий и т.п.
2.Экспериментальное исследование свойств материалов, используемых з качестве элементов композитных материалов, в том числе яалезных пленок и аморфного микропрозода .
3.Исследование влияния формы частиц на спектры ФМР и ЕЕЛР.
4.Исследование влияния скин-эффекта на спектры магнитной проницаемости в композитных материалах вдали от порога протекания.
5.Экспериментальная проверка возникновения диамагнетизма на 1сластерных структурах при концентрации проводящих включений, Слизких к порогу протекания.
Основное защищаемое положенно: экспериментально показано, что электродинамические эффекты (скин-эффект, диамагнетизм на кластерных структурах) в значительной степени определяют характер" СВЧ-' спектров эффективной магнитной проницаемости композитных материалов с проводящими ферромагнитными включениями. Установлены основные принципы, следуя которым могно управлять в определенных пределах указанными спектрами.
Научное значение и новизна работы заключается в следующем:
I.Разработана серия оригинальных методик, позволяющих в широком диапазоне измерять комплексные электрофизические параметры ма-териалов_, в том числе и с экстремально высокими значениями прони-цаемостей .
2.Впервые проведены систематические исследования композитных материалов (в том числе и с аморфными частицами), позволяющие выяснить роль скин-эффекта в формировании спектров эффективной магнитной проницаемости.
3.Обнаружено аномальное поведение спектров магнитной проницаемости вблизи порога протекания, обусловленное диамагнетизмом на кластерных структурах.
4.Теоретически и экспериментально показана возможность управ-леїшя спектрами ФМР и ЕШР шбором_формы ферромагнитных включений.
5.Предложена структура композитного материала с максимально возможной для данного ферромагнетика эффективной магнитной проницаемостью.
6,Проведено сопоставление полученных экспериментальных данных с имеющимися теоретическими моделями.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем .
I.Предложен и внедрен комплекс новых методик, позволяющих в автоматическом режиме измерять спектры проницаемостей в широком диапазоне СВЧ .
2.Предложена и внедрена оригинальная методика измерений электрофизических параметров материалов, характеризующихся высокой проводимостью.
3.Исследован комплекс композитных материалов с предельными концентрациями проводящей " ферромагнитной компоненты в СВЧ диапазоне . Полученные данные могут найти применение при создании различных устройств в СВЧ технике .
4.Предложена конструкция композитного материала с ячеистой структурой на основе многослойных пленочных элементов , которая может найти применение при разработке шрокополосных радкопоглоща-вдих покрытий.
б.Разработана технология изготовления композитного материала с предельной концентрацией карбонильного"келаза Р-20 с приемлемыми для использования значениями диэлектрической проницаемости.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях intern'9о,
mrs'9i , ежегодных конференциях по гиромагнитной электронике к электродинамике к др.
Публикации. Всего по теме работы диссертантом в соавторстве
опубликовано 9 печатных работ. .
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 1?,9 страницах машинописного текста, включая 30 рисунков и 3 таблиц. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Список цитируемой литературы включает 82 наименования.
