بررسی اثر عمق نفوذ و ضخامت بر کارایی سپر نانو کامپوزیت ساخته‌شده در باند فرکانسی 12/5-8 گیگاهرتز

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 مرکز تحقیقات بهداشت نظامی، پژوهشکده سبک زندگی، دانشگاه علوم پزشکی بقیه الله (عج)، تهران، ایران

2 گروه بهداشت حرفه‌ای و ایمنی کار، دانشکده بهداشت و ایمنی، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی، تهران، ایران

3 مرکز تحقیقات علوم بهداشتی و فن‌آوری، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی سمنان، سمنان، ایران

چکیده

زمینه و هدف: با توجه به اثرات نامطلوب مواجهه با امواج الکترومغناطیس بر انسان و تجهیزات، کنترل‌های مهندسی مثل استفاده از سپرهای حفاظتی (شیلد) از بهترین روش‌های کنترل و کاهش مواجهه با امواج الکترومغناطیس هستند. روش‌های متنوعی جهت ارزیابی کارایی شیلدهای الکترومغناطیس وجود دارد. این مطالعه باهدف بررسی اثر عمق نفوذ شیلد و ضخامت بر کارایی نانوکامپوزیت انجام شد.
روش‌ها: در این مطالعه از پارافین واکس به‌عنوان ماتریس و از نانو ذرات کروی کربن سیاه و Fe3O4 به‌عنوان فیلر استفاده شد. دو نمونه نانو کامپوزیت‌ با درصدهای وزنی متفاوت مواد پرکننده ساخته شدند. اندازه‌گیری خصوصیات الکترومغناطیسی نانو کامپوزیت‌های ساخته‌شده با استفاده از دستگاه آنالیزور شبکه برداری (Vector Network Analyzer) در محدوده فرکانسی 8 تا 12/5 گیگاهرتز (X) و بر اساس روش انتقال/ بازتاب انجام شد. از روش دلتا جهت ارزیابی کارایی محافظتی شیلد در ضخامت‌ها و فرکانس‌های مختلف استفاده شد.
یافته‌ها: بر اساس درصد وزنی ترکیبات تشکیل‌دهنده نانو کامپوزیت، دو نمونه به‌دست آمد. بیشترین عمق نفوذ در نمونه FN2 دیده شد. تطابق بین مقاومت محیط و اجزای شیلد در کمترین ضخامت شیلد و در فرکانس‌های اولیه مشاهده شد. کمترین مقدار دلتا در نمونه FN2 مشاهده شد.
نتیجه‌گیری: بر اساس روش دلتا، با افزایش جذب و کاهش انعکاس در شیلد، کارایی محافظتی شیلد افزایش می‌یابد. ضخامت شیلد و فرکانس امواج الکترومغناطیسی بر کارایی محافظتی شیلد تأثیر دارند. افزایش تطابق بین مقاومت محیط و مقاومت اجزای شیلد، باعث افزایش کارایی شیلد می‌شود.

کلیدواژه‌ها


1.Shukla V. Review of electromagnetic interference shielding materials fabricated by iron ingredients. Nanoscale Advances. 2019;1(5):1640-71. 2.Zaroushani V, Khavanin A, Mortazavi S, Jnonidi A, Moieni M, Javadzadeh M. The role of a new electromagnetic shielding in reducing the microwave radiation for the X-band frequencies. Iran Occupational Health. 2015;12(5):83-99. 3.Lalan V, Ganesanpotti S. Broadband Electromagnetic Response and Enhanced Microwave Absorption in Carbon Black and Magnetic Fe 3 O 4 Nanoparticles Reinforced Polyvinylidenefluoride Composites. Journal of Electronic Materials. 2020;49(3):1666-76. 4.Kausar A. Electromagnetic interference shielding of polyaniline/Poloxalene/carbon black composite. Int J Mater Chem. 2016;6(1):6-11. 5.Zhang D, Chen H, Hong R. Preparation and Conductive and Electromagnetic Properties of Fe3O4/PANI Nanocomposite via Reverse In Situ Polymerization. Journal of Nanomaterials. 2019;2019. 6.Nakhaei O, Shahtahmassebi N, Roknabadi MR, Behdani M. Synthesis, UV-shielding and electromagnetic wave absorbing properties of polyvinylpyrrolidone-$$hbox {TiO} _ {2} $$/polyacrylonitrile-$$hbox {SiO} _ {2} $$ SiO2 nanofibre nanocomposites. Bulletin of Materials Science. 2019;42(1):42. 7.IARC W. IARC classifies radiofrequency electromagnetic fields as possibly carcinogenic to humans. Press Release N: 208. 2011. 8.Standard RP. Maximum exposure levels to radiofrequency fields—3 KHz to 300 GHz. Radiation Protection Series. 2002;3. 9.Chung DD. Materials for electromagnetic interference shielding. Materials Chemistry and Physics. 2020:123587. 10.Samková A, Kulhavy P, Tunáková V, Petru M. Improving electromagnetic shielding ability of plaster-based composites by addition of carbon fibers. Advances in Materials Science and Engineering. 2018;2018. 11.Singh AK, Srivastava O, Singh K. Shape and size-dependent magnetic properties of Fe 3 O 4 nanoparticles synthesized using piperidine. Nanoscale research letters. 2017;12(1):1-7. 12.El Ghandoor H, Zidan H, Khalil MM, Ismail M. Synthesis and some physical properties of magnetite (Fe3O4) nanoparticles. Int J Electrochem Sci. 2012;7(6):5734-45. 13.Chen Y, Wang Y, Zhang H-B, Li X, Gui C-X, Yu Z-Z. Enhanced electromagnetic interference shielding efficiency of polystyrene/graphene composites with magnetic Fe3O4 nanoparticles. Carbon. 2015;82:67-76. 14.Rao BB, Chengappa M, Kale S. Lightweight, flexible and thin Fe3O4-loaded, functionalized multi walled carbon nanotube buckypapers for enhanced X-band electromagnetic interference shielding. Materials Research Express. 2017;4(4):045012. 15.Chao Z, Yu Y, Lei F, Hu D. A lightweight and flexible CNT/Fe3O4 composite with high electromagnetic interference shielding performance. CARBON LETTERS. 2020. 16.Gubarevich AV, Komoriya K, Odawara O. Electromagnetic Interference Shielding Efficiency in the Range 8.2-12.4 GHz of Polymer Composites with Dispersed Carbon Nanoparticles. Eurasian Chemico-Technological Journal. 2012;14(1):55-9. 17.Chen W, Wang J, Zhang B, Wu Q, Su X. Enhanced electromagnetic interference shielding properties of carbon fiber veil/Fe3O4 nanoparticles/epoxy multiscale composites. Materials Research Express. 2017;4(12):126303. 18.Liu L, Bian X-M, Hou Z-L, Wang C-Y, Li ZS, Hu HD, et al. Electromagnetic response of magnetic graphene hybrid fillers and their evolutionary behaviors. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2016;27(3):2760-72. 19.Wang X. Investigation of Electromagnetic Shielding Effectiveness of Nanostructural Carbon Black/ABS Composites. Journal of Electromagnetic Analysis and Applications. 2011;2011. 20.Kuzhir PP, Paddubskaya AG, Maksimenko SA, Kaplas T, Svirko Y. Microwave absorption properties of pyrolytic carbon nanofilm. Nanoscale research letters. 2013;8(1):1-6. 21.Kong L, Li Z, Liu L, Huang R, Abshinova M, Yang Z, et al. Recent progress in some composite materials and structures for specific electromagnetic applications. International Materials Reviews. 2013;58(4):203-59. 22.jafarian m, omid m, khanali m, MokhtariMotameniShirvan M. Thermal Conductivity Enhancement of Phase Change Material for Thermal Energy Storage Using Nanotechnology. Iranian Journal of Biosystems Engineering. 2019;50(2):319-29. 23.Wang J, Wang J, Zhang B, Sun Y, Chen W, Wang T. Combined use of lightweight magnetic Fe3O4-coated hollow glass spheres and electrically conductive reduced graphene oxide in an epoxy matrix for microwave absorption. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2016;401:209-16. 24.Saravanan P, TR SK, Radha R, Balasubramaniam M, Balakumar S. Enhanced shielding effectiveness in nanohybrids of graphene derivatives with Fe 3 O 4 and ε-Fe 3 N in the X-band microwave region. Nanoscale. 2018;10(25):12018-34. 25.Ma Z, Zhang Y, Cao C, Yuan J, Liu Q, Wang J. Attractive microwave absorption and the impedance match effect in zinc oxide and carbonyl iron composite. Physica B: Condensed Matter. 2011;406(24):4620-4. 26.Hosseinabadi S, Jafari MJ, Kokabi M, Mohseni M. Improving the electromagnetic shielding of fabricated NdFeB particles by a coating thin carbonaceous layer. Chemical Physics Letters. 2020;739:137015. 27.Massango H, Tsutaoka T, Kasagi T. Electromagnetic properties of Fe53Ni47 and Fe53Ni47/Cu granular composite materials in the microwave range. Materials Research Express. 2016;3(9):095801. 28.Manafi P, Ghasemi I, Manafi MR, Ehsaninamin P, Asl FH. Non-isothermal crystallization kinetics assessment of poly (lactic acid)/graphene nanocomposites. Iranian Polymer Journal. 2017;26(5):377-89. 29.Furlan L, Ferreira C, Dal Castel C, Santos K, Mello A, Liberman S, et al. Effect of processing conditions on the mechanical and thermal properties of high-impact polypropylene nanocomposites. Materials Science and Engineering: A. 2011;528(22-23):6715-8. 30.Ahmad AF, Abbas Z, Obaiys SJ, Ibrahim N, Hashim M, Khaleel H. Theoretical and numerical approaches for determining the reflection and transmission coefficients of OPEFB-PCL composites at X-Band frequencies. PloS one. 2015;10(10):e0140505. 31.Bachir G, Abdechafik H, Mecheri K, editors. Comparison electromagnetic shielding effectiveness between single layer and multilayer shields. 2016 51st International Universities Power Engineering Conference (UPEC); 2016: IEEE.