Микроволновое или сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение занимает большое место в современном мире. Электромагнитные волны позволяют нам пользоваться мобильными телефонами, интернетом, GPS-навигацией, микроволновыми печами, также они широко используются в радиолокации и радионавигации. Под действием СВЧ-излучения молекулы двигаются с высокой частотой, при этом выделяется тепловая энергия, с помощью которой можно, например, разогревать пищу в микроволновке. Однако большое поглощение тепловой энергии может разрушительно повлиять на электронные устройства и живые организмы. Установлено, что некоторое облучение полимерных материалов повышает их долговечность. В связи с этим актуально использование полимеров при разработке композитов для защиты электронных устройств и живых организмов от микроволнового излучения. Ученые Пермского Политеха выяснили, как сверхвысокочастотное излучение влияет на деформационные и прочностные характеристики полимерного связующего на основе каучука.
Статья с результатами опубликована в журнале «Все материалы. Энциклопедический справочник». Исследования проведены при финансовой поддержке Пермского края в виде гранта по проекту: «Модели, методы и цифровые технологии для создания функциональных композиционных и полимерных материалов с помощью их обработки концентрированными потоками гамма-квантов в различных газовых средах».
Сегодня полимеры в различных технических устройствах могут подвергаться воздействию электромагнитного излучения. В результате облучения структура полимеров может существенно меняться, что приводит к изменениям их физико-механических свойств. В ряде случаев обработка полимеров электромагнитным полем снижает жесткость материала, при этом понижается уровень развивающихся при деформациях напряжений, что повышает долговечность полимеров.
Композиции на основе низкомолекулярного жидкого каучука являются наиболее удобными для изготовления полимерных композитов из-за его низкой вязкости и малой чувствительности системы отверждения к влаге. Каучук – это полимер искусственного и природного происхождения, из которого, в основном производят резину. Материал характеризуется водонепроницаемостью, эластичностью, гидроизоляционными свойствами. Однако разработка композитов на основе каучука с функцией защиты от СВЧ-излучения затруднена из-за отсутствия данных по влиянию облучения на весь комплекс физико-механических свойств этого материала. Ученые Пермского Политеха закрыли этот пробел.
На основе жидкого каучука исследователи создали твердые, неплавкие, нерастворимые образцы в лабораторных условиях. Их испытывали с определением прочности на разрыв и относительной деформации при разрыве. Измерения проводили при температурах 223, 293 и 323 Кельвин. В качестве источника СВЧ-излучения политехники использовали СВЧ-генератор с частотой излучения 2,45 ГГц и мощностью 700 Вт.
Образцы для воздействия излучения помещали в герметичный контейнер из пенопласта, который располагали непосредственно на срезе рупорной антенны генератора. При подготовке к процессу ученые поделили образцы на партии, время облучения которых различалось (300, 600, 900 и 1200 секунд). Основной величиной воздействия СВЧ-излучения на материалы является плотность тепловой энергии, поглощенной материалом. Поэтому после облучения партия образцов остывала в естественных условиях и ученые проводили на них измерения плотности тепловой энергии.
«Результаты показали, что при температуре исследования 223К увеличение времени воздействия СВЧ-излучения на исследуемый материал приводит к возрастанию относительной деформации при разрыве и совсем незначительное уменьшение прочности. Так при времени воздействия в 600 секунд относительная деформация увеличивается до 500 процентов, при этом прочность снижается незначительно.
При воздействии в 900 секунд уровень относительной деформации увеличивается до 585 процентов, а прочность увеличивается до 14 МПа. Увеличение времени до 1200 секунд приводит к дальнейшему повышению указанной деформации до 600 процентов с некоторым падением прочности до 11,3 МПа. Для других температур последовательное повышение уровня относительной деформации при разрыве не так очевидно», – рассказывает доцент кафедры «Прикладная физика» Пермского Политеха, кандидат физико-математических наук Эргаш Нуруллаев.
Ученые отмечают, что исследованный эффект СВЧ-облучения на физико-механические свойства исследованного связующего становится значимым только по достижению 1200 секунд облучения. Полученные результаты подтверждают эффективность использования связующих на основе каучука в качестве полимерной основы композитов для защиты от СВЧ-излучения. Изученный учеными материал сможет применяться в электронных устройствах для их защиты от микроволнового излучения малой и средней мощности. Например, такое связующее может быть использовано для создания защитных экранов на гаджеты, компьютеры и телевизоры, которые могут снизить влияние электромагнитного излучения на человека.