Projekti / Programi
Modeli za karakterizacijo kompozitov s feritnimi in drugimi feromagnetnimi vključki v mikrovalovnem frekvenčnem območju
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.01 |
Tehnika |
Materiali |
Anorganski nekovinski materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
teorija efektivnega medija, kompoziti, feromagnetni materiali, mikrovalovi, meritve permeabilnosti in dielektričnosti
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
19411 |
dr. Vladimir Boštjan Bregar |
Materiali |
Vodja |
2007 - 2008 |
105 |
Povzetek
Uporaba kompozitnih materialov v elektronski industriji je že uveljavljena, vendar pa hiter razvoj elektronike zahteva nove homogene in kompozitne materiale za uporabo v mikrovalovnem frekvenčnem območju. Za bolj uspešne raziskave in razvoj novih materialov ter učinkovito aplikacijo kompozitnih materialov je ključna zmožnost merjenja efektivnih lastnosti materialov ter razumevanje povezave med notranjimi lastnostmi vključkov in efektivnimi lastnostmi kompozita. Za povezavo teh notranjih in efektivnih lastnosti je potrebno uporabiti teoretični opis, zato je bilo dosedaj razvitih več analitičnih modelov.
Glavni cilj predlaganega projekta je razširitev veljavnosti in uporabe takšnih modelov za opis kompozitov s feritnimi in feromagnetnimi vključki, ki bodo povezali notranje in efektivne parametre tudi v mikrovalovnem frekvenčnem območju. V okviru tega dela bomo izpeljali ustrezne modele ter jih teoretično analizirali glede njihove možnosti uporabe tako za napovedovanje lastnosti potencialnih novih materialov kot tudi za karakterizacijo kompozitnih materialov. Eksperimentalno bomo raziskali vrsto kompozitnih materialov, ki so zanimivi za tehnološke aplikacije, ter primerjali teoretične rezultate modelov z izmerjenimi vrednostmi dejanskih kompozitov. To bo omogočilo nadaljno analizo glede možnosti uporabe različnih analitičnih modelov, predvsem uporabo modelov za izračun notranjih lastnosti vključkov iz izmerjenih efektivnih lastnosti ter napoved efektivnih lastnosti kompozitov na osnovi znanega referenčnega kompozita ali notranjih lastnosti.
Za eksperimentalno preverjanje izračunov na podlagi modelov bomo zasnovali in postavili merilni sistem za določanje kompleksne permeabilnosti in dielektričnosti v mikrovalovnem frekvenčnem območju. Pri tem bomo razvili ustrezne merilne protokole in programsko opremo. Takšen merilni sistem bo omogočil karakterizacijo namagnetenih ter razmagnetenih kompozitnih materialov ali nanokompozitov s poljubnim volumskim deležem vključkov. Poleg tega bomo razvili več ustreznih postopkov priprave različnih kompozitnih vzorcev, kot so na primer kompoziti z nanometrskimi vključki (nanokompoziti) ali kompoziti z vključki v obliki lusk.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru projekta smo izpeljali, analizirali in validirali različne analitične modele za opis kompozitov s feromagnetnimi vključki, rezultati pa se lahko prenesejo tudi na druge podobne sisteme (dielektriki v območju občutnih dielektričnih izgub). Analitični modeli so prilagojeni za uporabo pri feromagnetnih kompozitih v različnih stanjih (namagneteni, enodomenski ali razmagneteni), specifično pa je pomembna vključitev imaginarne komponente elektromagnetnih lastnosti, ki je pomembna v mikrovalovnem frekvenčnem področju. Ob tem smo tudi specifično analizirali vpliv aglomeracije in prevodnosti vključkov, kar je relevantno za pripravo realnih vzorcev. Za to smo uporabili tako eksperimentalne podatke kot tudi numerično modeliranje, ki omogoča specifično analizo mikrostrukture oziroma posameznih parametrov. Ugotovili smo precejšnje razlikovanje med napovedmi modelov ter meritvami na dejanskih kompozitih. Razlika je bila največja v frekvenčnem območju, kjer je imaginarni del elektromagnetnih lastnosti (permeabilnost in dielektričnost) občuten v primerjavi z realnim delom. Prav tako ima v tem območju velik pomen tudi mikrostruktura kompozita, saj aglomeracija ali celo perkolacija pomembno spremeni lastnosti kompozita z neprevodnimi delci. V primeru prevodnih delcev pa je nujno potrebno upoštevati tudi vpliv vrtinčnih tokov, kjer spet mikrostruktura bistveno vpliva na efektivne lastnosti. Vse te ugotovitve veljajo tudi širše pri analizi elektromagnetnih parametrov poljubnega kompozita. Vzporedno s tem je bila analizirana tudi sposobnost analitičnih modelov za napovedovanje efektivnih lastnosti kompozitov, ki imajo feromagnetne vključke, na podlagi znanih notranjih lastnosti ali izmerjenih lastnosti specifičnega kompozita. Izkazalo se je, da je glede na vhodne parametre zelo pomembna izbira najustreznejšega analitičnega modela, ki bo podal najbolj realistične efektivne lastnosti. S to študijo smo tako ugotovili omejeno uporabnost analitičnih modelov za kompozite brez upoštevanja specifične mikrostrukture kompozita ter določili območje uporabe za posamezne modele.
Pomen za razvoj Slovenije
V okviru projekta smo nadgradili merilni sistem za karakterizacijo elektromagnetnih parametrov materialov v mikrovalovnem frekvenčnem področju, ki je edinstven v Sloveniji in eden redkih v Evropi. Dodatno je bil povezan s projektom tudi razvoj drugih merilnih metod ter pridobitev novih specifičnih znanj na področju mehkomagnetnih kompozitov in magnetizma v mikrovalovnem frekvenčnem področju. Poznavanje feromagnetnih kompozitnih materialov je omogočilo nadaljevanje dela na višjem tehnološkem nivoju na področju razvoja novih izdelkov in aplikacij, kjer se uporabljajo takšni kompoziti. To je odprlo nove poslovne možnosti na tujih trgih ter omogočilo bolj usmerjen razvoj izdelkov. Dodatno je z razvojem področja mikrovalovnih kompozitov in merilnih sistemov povezano tudi izobraževanje dodiplomskih in podiplomskih študentov in prenašanja znanja, saj sta bili narejeni dve diplomi ter potekata usposabljanji dveh mladih raziskovalcev.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
