ru +7 (814) 259-91-61

Исследование экранирующих свойств материалов на основе порошкообразного шунгита

Из материалов Института геологии Карельского научного центра Российской академии наук.

Важное место в вопросах промышленной безопасности занимают проблемы защиты организма человека от электромагнитного излучения неионизирующей природы. Данная проблема может быть решена посредством электромагнитного экранирования. В настоящее время используют широкую номенклатуру экранирующих материалов, обладающих магнитными, диэлектрическими и электропроводящими свойствами.

Одним из материалов для решения вопроса экранирования является природный шунгит Зажогинского месторождения (Республика Карелия). Шунгитовые породы представляют собой природный композит — равномерное распределение высокодисперсных кристаллических силикатных частиц в аморфной углеродной матрице.

Шунгит характеризуется высокими прочностью, плотностью, химической стойкостью и электропроводностью (Лыньков и др., 2004). Благодаря биполярности порошки шунгитовых пород смешиваются с различными веществами (водными суспензиями и фторопластами, каучуками, смолами, цементами и др.). Шунгит используется для производства электропроводных красок, пластмасс с антистатическими свойствами, строительных материалов, стойких в агрессивных средах футеровок и т.д.

Эффективность экранирования порошков на основе шунгита зависит от степени уплотненности. Исследования ослабления электромагнитного излучения шунгитовой крошкой различных фракций в диапазоне частот 100…800 МГц показали, что при засыпке без уплотнения ослабление в 20 дБ достигается при размерах частиц свыше 5 мм и толщине слоя засыпки более 15 см. При уплотнении толщина слоя может быть снижена до 10 см вследствие увеличения контактов между частицами и повышения электропроводности.

Существенный недостаток гомогенных проводящих материалов связан с их высокой электропроводностью, вследствие чего они имеют высокий коэффициент отражения. Применение таких материалов для экранирования помещений приводит к возникновению многочисленных переотражений электромагнитной энергии внутри помещения и образованию областей, в которых напряжённость поля может в сотню раз превышать допустимый уровень, что оказывает неблагоприятное воздействие на человека, находящегося в таких помещениях.

Целью данной работы являлось исследование экранирующих свойств материалов, полученных на основе порошкообразного шунгита с влагосодержащим растворным наполнителем.

Экспериментальная часть

Исследуемые образцы материалов представляли собой порошкообразный шунгит с размером фракции до 1 мм и различным влагосодержанием, помещенный в твердотельную кювету из радиопрозрачного материала. Толщина образцов составляла 3 мм. Порошок уплотнению не подвергался.

Для измерения ослабления и коэффициента отражения эликтромагнитного излучения в диапазонах частот 8-12, 27-36, 80-115 ГГц использовались панорамные измерители КСВН и ослабления, и волноводные направляющие линии. После предварительной калибровки оборудования исследуемый образец помещался между двумя рупорными антеннами.

Результаты измерений ослабления и коэффициента отражения исследуемых материалов представлены на рис. 1.

Пластина из шунгита обладает максимальной эффективностью экранирования в исследуемых диапазонах частот — свыше 30 дБ, что достигается за счет высокого коэффициента отражения (-2 дБ). Дробление шунгита (фракция до 1 мм) приводит к снижению его электропроводности вследствие уменьшения площади контакта между отдельными частицами, в результате чего значение ослабления составляет 10-20 дБ при коэффициенте отражения –5 –10 дБ. Добавление влагосодержащего наполнителя к порошку шунгита позволяет увеличить эффективность экранирования до 25-35 дБ, за счет увеличения проводимости материала.

Рис. 1. Частотные зависимости экранирующих свойств: а — ослабления, б — коэффициента отражения материалов на основе шунгита: 1 — порошок с фракцией до 1 мм; 2 – порошок с влагосодержащим наполнителем (влагосодержание — 43%); 3 –пластина из шунгита.

Результаты измерений экранирующих характеристик порошков шунгита с различным влагосодержанием (% масс.) в диапазонах частот 8-12, 27-36, 80-115 ГГц представлены на рис. 2–3.

Рис. 2. Частотные зависимости ослабления (а) и коэффициента отражения (б) ЭМИ влагосодержащих материалов на основе порошкообразного шунгита с различными коэффициентами влагосодержания: 1 — 53,1 %, 2 — 26,0 %, 3 — 12,3 %

Рис. 3. Частотные зависимости ослабления (а) и коэффициента отражения (б) ЭМИ порошкообразного шунгита с влагосодержанием 12,3%

Ослабление порошкообразного шунгита с влагосодержанием 53,1% составляет порядка 40 дБ, при коэффициенте отражения в диапазоне частот 8-12 ГГц составляет -3 дБ. Уменьшение количества жидкости приводит к снижению коэффициента отражения до -4 дБ, вследствие чего существенно уменьшается и ослабление — до 10-15 дБ.

Исследование экранирующих характеристик порошкообразного шунгита с влагосодержащим наполнителем с коэффициентом влагосодержания 12,3% в диапазонах частот 27-36, 80-115 ГГц показало, что ослабление такого материала составляет 35 дБ, при коэффициенте отражения –3,5 -10 дБ.

Выводы

Установлено, что за счет изменения влагосодержания порошкообразного шунгита возможно управление свойствами такого материала, а именно значениями ослабления и коэффициента отражения, который может быть использован для создания экранированных помещений, элементов конструкций, снижающих уровень электромагнитного излучения сотовых телефонов и персональных компьютеров.

Авторы исследования:

Л.М. Лыньков, Т.В. Борботько,
Ю.К. Калинин, Л.М. Гузова.

Другие статьи
В карельских шунгитах обнаружены углеродные глобулы с фуллеренами
«Над шунгитами природа очень потрудилась»
Шунгит — наноструктурированный природный композит