$Fe_{93.5}Si_{6.5}$ 분말/에폭시 복합재 필름은 열경화과정을 이용하여 준비되었다. 자성분말/에폭시 복합재의 구조와 전자기적 특성 및 전자파 흡수특성을 분석하기 위하여 주사전자현미경(scanning electron microscpoe, SEM), 시료진동형 자력계(vibrating sample magnetometer, VSM), 네트워크 어날라이져(network analyzer) 등을 이용하였다. 분석결과, 포화자속밀도는 복합재 내의 $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ 분말이 차지하는 양에 의존하며, 이는 초기투자율에 영향을 미친다. 결과적으로 1 GHz 이상의 주파수에서는 와전류 손실(eddy currentloss)이 주요한 인자이며, 자성분말/에폭시 복합재의 공명주파수(resonance frequency)는 복합재 내의 $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ 분말의 양이 증가함에 따라 감소한다. 반사손실(reflection loss)은 자성분말/에폭시 복합재의 투자율(permeability)과 유전율(permittivity)로부터 계산에 의해 구해진다. 50 wt% $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ 분말의 양과 5 mm 두께를 가진 자성분말/에폭시 복합재는 3.66 GHz와 4.16 GHz 사이에서 -20 dB 이하의 값을 보인다. 따라서 Fe-Si/에폭시 박형 복합재는 마이크로파 흡수체로서 좋은 후보물질이 될 수 있을 것으로 판단된다.
$Fe_{93.5}Si_{6.5}$ 분말/에폭시 복합재 필름은 열경화과정을 이용하여 준비되었다. 자성분말/에폭시 복합재의 구조와 전자기적 특성 및 전자파 흡수특성을 분석하기 위하여 주사전자현미경(scanning electron microscpoe, SEM), 시료진동형 자력계(vibrating sample magnetometer, VSM), 네트워크 어날라이져(network analyzer) 등을 이용하였다. 분석결과, 포화자속밀도는 복합재 내의 $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ 분말이 차지하는 양에 의존하며, 이는 초기투자율에 영향을 미친다. 결과적으로 1 GHz 이상의 주파수에서는 와전류 손실(eddy current loss)이 주요한 인자이며, 자성분말/에폭시 복합재의 공명주파수(resonance frequency)는 복합재 내의 $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ 분말의 양이 증가함에 따라 감소한다. 반사손실(reflection loss)은 자성분말/에폭시 복합재의 투자율(permeability)과 유전율(permittivity)로부터 계산에 의해 구해진다. 50 wt% $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ 분말의 양과 5 mm 두께를 가진 자성분말/에폭시 복합재는 3.66 GHz와 4.16 GHz 사이에서 -20 dB 이하의 값을 보인다. 따라서 Fe-Si/에폭시 박형 복합재는 마이크로파 흡수체로서 좋은 후보물질이 될 수 있을 것으로 판단된다.
Composites of $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ powder and epoxy were prepared using a thermal curing process. Scanning electron microscope (SEM), vibrating sample magnetometer (VSM) and network analyzer were used to analyze the structure, electromagnetic properties and microwave absorption of the comp...
Composites of $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ powder and epoxy were prepared using a thermal curing process. Scanning electron microscope (SEM), vibrating sample magnetometer (VSM) and network analyzer were used to analyze the structure, electromagnetic properties and microwave absorption of the composites. Results show that the saturation magnetization depends on the fraction of the $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ powder in the composite, which affects initial permeability. It is believed that the eddy current loss is a dominant factor over 1 GHz and that the resonance frequency of the composite decreases with increasing fractions of $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ powder. Finally, reflection loss was calculated from the permeability and permittivity of these composites. Composite with 50 wt.% $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ powder fractions and 5 mm thickness showed reflection loss below -20 dB from 3.66 GHz to 4.16 GHz. Therefore, it is believed that thin Fe-Si/epoxy composites may be a good candidate for microwave absorption application.
Composites of $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ powder and epoxy were prepared using a thermal curing process. Scanning electron microscope (SEM), vibrating sample magnetometer (VSM) and network analyzer were used to analyze the structure, electromagnetic properties and microwave absorption of the composites. Results show that the saturation magnetization depends on the fraction of the $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ powder in the composite, which affects initial permeability. It is believed that the eddy current loss is a dominant factor over 1 GHz and that the resonance frequency of the composite decreases with increasing fractions of $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ powder. Finally, reflection loss was calculated from the permeability and permittivity of these composites. Composite with 50 wt.% $Fe_{93.5}Si_{6.5}$ powder fractions and 5 mm thickness showed reflection loss below -20 dB from 3.66 GHz to 4.16 GHz. Therefore, it is believed that thin Fe-Si/epoxy composites may be a good candidate for microwave absorption application.
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제안 방법
자성분말/에폭시 복합재는 150 × 150 mm steel mold를 이용 하여 60℃의 건조기에서 경화하였다. 복합재의 미세구조는 SEM을 이용하여 조사하였고, 자성특성은 VSM(Lakeshore 7407)을 이용하여, 고주파 특성은 network analyzer(Agilent 4901A)를 이용하여 각각 조사하였다.
Fe93.5Si6.5 분말은 평균 입자크기 10 µm의 구(spheral)형 분말을 attrition mill을 이용하여 600 rpm으로 60시간 밀링하여 편상(flaky shape)의 입자를 갖는 분말로 제조하였다.
자성분말/에폭시 복합재를 제조하기 위하여 에폭시는 전기절연 특성이 우수한 diglycidyl ether of bisphenol A type을 사용하였다.
이론/모형
복소투자율(µ =#)과 유전율(ε = #) 값은 network analyzer로 측정된 S-parameter(S11, S21)를 Nicolson-Ross 모델에 의해 계산하여 구하였다[6].
성능/효과
최대 반사손실 지점은 복합재 내의 Fe93.5Si6.5 분말의 양이 50 wt% 일 때, 3.98 GHz에서 약 −31.15 dB 였고, −20 dB 반사손실에 상응하는 대역은 약 0.5 GHz 였다.
후속연구
16 GHz까지의 영역에서 −20 dB 보다 낮은 반사손실 값을 나타내었다. 따라서, Fe93.5Si6.5/epoxy 박형 복합재는 마이크로파 흡수재로 응용이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전자기파를 흡수하는 재료로 잘 알려진 재료는?
전자기기의 사용이 날로 증가함에 따라, 전자기파의 유해성에 대한 많은 연구가 보고되었으며, 특히 의학적, 과학적인 연구가 진행되어왔다[1, 2]. 전자기파를 흡수하는 재료로 잘 알려진 두 종류의 재료는 자성재료와 유전재료이다. 자성재료 중에서는 특히 페라이트(ferrite)가 유전재료와 비슷한 흡수특성을 보이면서도, 보다 얇은 필름형태를 구현할 수 있다는 점에서 주목을 받아왔다[3].
자성재료 중 페라이트의 특성은?
전자기파를 흡수하는 재료로 잘 알려진 두 종류의 재료는 자성재료와 유전재료이다. 자성재료 중에서는 특히 페라이트(ferrite)가 유전재료와 비슷한 흡수특성을 보이면서도, 보다 얇은 필름형태를 구현할 수 있다는 점에서 주목을 받아왔다[3]. 그러나 스피넬(spinel)구조를 가진 페라이트는 수백 MHz 대역 이상에서 자성손실 감소에 의해 기능이 저하되는 단점이 있다.
원하지 않는 전자기적 신호의 흡수를 위하여 새로운 재료를 찾는 것이 중요한 이유는?
자성재료 중에서는 특히 페라이트(ferrite)가 유전재료와 비슷한 흡수특성을 보이면서도, 보다 얇은 필름형태를 구현할 수 있다는 점에서 주목을 받아왔다[3]. 그러나 스피넬(spinel)구조를 가진 페라이트는 수백 MHz 대역 이상에서 자성손실 감소에 의해 기능이 저하되는 단점이 있다. 따라서 원하지 않는 전자기적 신호의 흡수를 위하여 새로운 재료를 찾는 것이 중요하다[4].
참고문헌 (9)
J. R. Jauchem, Int. J. Hyg. Environ. Health, 211, 1 (2008)
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