مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع: راسخون




 

کامپوزیت های با ذرات نانویی

همانگونه که قبلا بحث شد، کامپوزیت های EM تولید شده بر اساس فریت ها که در میرایی میکروویو مورد استفاده قرار می گیرند، نیازمند ضخامت های بالایی هستند. علت این امر، نفوذپذیری نسبتا پایین در فرکانس های میکروویو است. مواد فلزی- مغناطیسی دارای مقادیر مغناطش اشباع بزرگی هستند و بنابراین، دارای نفوذپذیری بالا در گستره ی فرکانس بالا، هستند. بنابراین، این ممکن است که اجزای میکروویو نازک تری را با استفاده از مواد مغناطیسی- فلزی و در گستره های فرکانس گیگاهرتزی تولید کرد. به هر حال، رسانایی بالای مواد فلزی موجب کاهش تدریجی در نفوذپذیری مغناطیسی می شود که علت این مسئله ایجاد جریان های گردابی به دلیل وجود موج های EM می باشد. این پدیده، اثر عمق پوسته (skin depth effect) نامیده می شود (همانگونه که در بخش قبل گفته شد). به عنوان یک نتیجه، پودرهای مغناطیسی- فلزی، با اندازه ی نانویی، باید دارای مزیت های بزرگی در تولید کامپوزیت های EM باشند.
این را به خوبی می دانید که نانومواد، علاقه مندی زیادی را در جنبه های مختلف تحقیقاتی، به خود اختصاص داده اند. نانومواد به عنوان موادی تعریف می شوند، که حداقل یکی از ابعاد آنها نانویی باشد (زیر 100 نانومتر). به عنوان نتیجه ای از گسترش و پیشرفت در زمینه ی تکنولوژی های تولید و سنتز، نانومواد می توانند از جنس های مختلفی مانند فلز، سرامیک، پلیمر و کامپوزیت، ساخته شوند. در واقع نانومواد، موادی نیستند که تنها اندازه ی آنها کوچک است، بلکه علاوه بر آن، برخی از ویژگی های آنها نیز به جای پیروی از قوانین بالک، از قوانین اتمی، پیروی می کنند. سطوح و سطح مشرک ها، همچنین در رفتار نانومواد، مهم هستند. در مواد بالک، تنها یک کسر اندک از اتم ها، در نزدیکی سطح واقع شده اند. ولی در نانومواد، وجود اندازه ی کوچک، موجب شده است تا کسر بالایی از اتم ها (نزدیک به بیش از 50 %)، در نزدیکی سطح واقع شده باشند. خواص سطحی مانند سطوح انرژی، ساختار الکترونی و واکنش پذیری، تحت تأثیر اندازه می باشد و بر روی کارایی و خواص ماده، اثرگذار است. این مسئله دلیلی است بر این موضوع که چرا نانومواد دارای خواص EM متفاوتی نسبت به مواد بالک هستند.
کامپوزیت های پلیمری با ذرات نانومتری، بطور خلاصه در یک مقاله مروری که اخیرا به چاپ رسیده، مورد بررسی قرار گرفته است. مزیت های نانوکامپوزیت های تولیدی از فیلرهای فرومغناطیس، بوسیله ی Bregar مورد بررسی قرار گرفته است. این بخش پیشرفت های اخیر در زمینه ی سنتز نانوذرات آلیاژی فلزی- مغناطیسی را به همراه سایر مواد نانوسایز مانند CNTs و ZnO مورد بررسی قرار داده است. این نانوذرات در کاربردهای EM مورد استفاده قرار می گیرند.

پودرهای نانوسایز- مغناطیسی

پودرهای نانوسایز مغناطیسی- فلزی

نانوذرات مغناطیسی که در ساخت کامپوزیت های مورد استفاده درکاربردهای میرایی میکروویو، استفاده می شوند، دارای عناصر فلزی و نانوپودرهای آلیاژی، نانوالیاف، نانوذرات هیبریدی فلزی- اکسیدی و پودرهای فریتی نانوسایز، هستند. روش های مختلف مانند هم رسوبی شیمیایی ، رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار ، روش تخلیه ی قوس dc و روش آسیاب کاری با انرژی بالا، برای تولید این نانوپودرها استفاده می شود. خواص EM کامپوزیت های تولید شده با ذرات نانوسایز با روش مورد استفاده در ادامه، بیان شده است.

روش های شیمیایی

خواص EM مورد علاقه ی ذرات نانویی Co، و بوسیله ی Viau و همکارانش گزارش شده است. نانوذرات با استفاده از رسوب دهی از حالت محلول نمک های فلزی در داخل پلی یول، ایجاد می شوند. پلی یول هم به عنوان حلال و هم به عنوان عامل کاهنده، عمل می کند. برای مثال، در سنتز نمونه ، استات تتراهیدراتCu(II)و Ni(II) و کلرید تتراهیدرات Fe(II)، به همراه سدیم هیدروکسید، در داخل 1و2 پروپاندیول حل می شوند (با غلظت های معین). اندازه ی ذرات با استفاده از جوانه زنی هتروژن، به خوبی کنترل می شود. این جوانه زنی هتروژن، با استفاده از افزودن مقدار اندکی یا حل شده در داخل یک مخلوط از 1و2 اتاندیول و دی هیدروکسی دی اتیل اتر با نسبت برابر 1 درصد حجمی، انجام می شود. آلیاژهای مغناطیسی- فلزی از کامپوزیت های مختلف می تواند به سهولت و در اندازه های میکرونی، زیر میکرونی و حتی نانومتری، تولید شوند. شکل 1 تصویر TEM و تصاویر SEM از نانوذرات آلیاژ فلزی است. در این تصویر، اندازه ی متوسط ذرات و ذرات قابل مشاهده است. این ذرات به ترتیب دارای اندازه ی 6 و 120 نانومتر هستند.
این بد نیست که بدانید، پودرهای گزارش شده، تماما شبه کروی هستند و این ذرات آگلومره نشده اند و دارای توزیع اندازه ی ذره ی باریکی هستند.
برای آدرس دهی مسئله ی تراوایی در زمانی که پودرهای آلیاژ فلزی در تماس با هم قرار گرفته اند، آنها با لایه های اکسیدی پوشش دهی می شوند که دارای ضخامتی در حد چند نانومتر هستند. برای مثال، یک لایه از اکسید منگنز ( ) برای پوشش دهی ذرات آلیاژ فلزی بوجود آمده است. این پوشش دهی با استفاده از پرمنگنات سدیم انجام شده است. این پوشش دهی موجب می شود تا پودرهای آلیاژی را بدون هیچ گونه تراوایی الکتریکی، متراکم سازی کنیم. برای بهبود بیشتر کارایی این آلیاژها، آنها همچنین تحت عملیات حرارتی در دمای بالا (120- ) قرار می گیرند. این فرایند در اتمسفر آرگون و در داخل کوره چرخشی، انجام می شود.
خواص EM میکروویو ذرات آلیاژی فلزی، با استفاده از ویژگی های نفوذپذیری مغناطیسی ذاتی آنها نشان داده می شود. این مسئله از طریق داده های اندازه گیری شده بر روی کامپوزیت های با غلظت های حجمی مختلف، قابل تشخیص می باشد. دو ویژگی متمایز در پاسخ های EM مواد تشخیص داده شده است: یکی حضور رزونانس چندگانه در زمانی که اندازه ی ذره، از میکرون به نانو کاهش می یابد و شیفت رزونانس به فرکانس های بالاتر با کاهش ذرات می باشد. رفتارهای رزونانس چندگانه ذرات نانومتری، در وجود حالت های رزونانسی غیر یکنواخت، مشارکت دارند و موجب تبادل توزیع انرژی مربوط به مغناطش در داخل ذرات می شود. از آنجایی که هیچ اطلاعاتی در مورد ثابت دی الکتریکی موجود نمی باشد، هیچ تلاشی در مورد ارزیابی خواص میرایی میکروویو کامپوزیت های آلیاژ- فلزی، انجام نشده است. این زمینه می تواند به عنوان یک زمینه ی جالب توجه در تحقیقات مربوط به مواد EM باشد. این مسئله مورد انتظار است که یک چنین کامپوزیت هایی باید یکی از گزینه های مناسب برای کاربردهایی باشد که در آنها میرایی میکروویو مد نظر است. علت این مسئله وجود پیک های رزونانسی چندگانه در آنهاست.
میرایی میکروویو افزایش یافته نیز در کامپوزیت هایی مشاهده می شود که بر اساس نانوفیبرهای Ni ساخته شده اند. Dong و همکارانش روشی را برای سنتز مستقیم الیاف Ni از طریق کاهش یون های (بوسیله ی هیدرازین هیدرات)، ارائه کرده اند. کامپوزیت های تولید شده با الیاف Ni نسبت به ذرات Ni، دارای تانژانت اتلاف دی الکتریک بالاتری در گستره ی فرکانس میکروویو هستند، در حالی که تانژانت های اتلاف مغناطیسی آنها تقریبا یکسان است. همانگونه که انتظار داریم، کامپوزیت های با الیاف Ni،رفتار میرایی میکروویو بهتری از خود نشان می دهند. تانژانت اتلاف دی الکتریک بالای کامپوزیت الیاف Ni به دلیل پلاریزاسیون بار فضایی در نزدیکی محل تماس الیاف و ویبراسیون الکترون در طول محور الیاف، ایجاد می شود.
Zhou و همکارانش روشی برای سنتز نانوکامپوزیت های سیلیکا- کربن آمورف منظم با چگالی پایین با مقدار Fe قابل کنترل، ارائه کرده است. این روش، روش خود آرایی القا شده با تبخیر حلال (solvent evaporation induced self-assembly) نامیده می شود. نانوکریستال های Fe از طریق کاهش کربوترمال در جا، به طور مناسبی در این کامپوزیت ها پراکنده می شوند. یکی از ایده های اصلی برای این روش، کاهش ثابت دی الکتریک بوسیله ی ایجاد تخلخل است. در واقع با ایجاد تخلخل، تطابق مناسبی در امپدانس ایجاد می شود. مواد متخلخل نیز دارای چگالی پایینی است و این مسئله نیز یکی از مزیت های این ماده به شمار می آید. بسته به شرایط فرایند، اجزای مغناطیسی در پودرهای نانوکامپوزیتی ، آهن یا است. کامپوزیت تولید شده از رزین اپوکسی (به عنوان زمینه) و40 درصد وزنی ، تولید و مورد بررسی قرار گرفته است. کارایی های EM مورد توجه برای این کامپوزیت ها، در گستره ی فرکانس 12 تا 18 GHz، مشاهده شده است.
پودرهای زیر میکرونی –Fe/SmOα با روش واکنش تسهیم نامتناسب (disproportionation reaction method) و از در داخل گاز تولید می شود. بعد از سنتز آن در داخل گاز ، این پودر در داخل هوا، آنیل می شود. این پودر برای تولید کامپوزیت های با رزین اپوکسی با نسبت های وزنی 80 % مورد استفاده قرار می گیرد. این کامپوزیت ها دارای اتلاف انعکاس میکروویو RL کمتر از -20 dB در گستره ی فرکانس 73/0 تا 3/1 GHz می باشد، در حالی که کامپوزیت های مشتق شده از پودر نامناسب، دارای هیچ ظرفیت میرایی نیست. نویسندگان همچنین ادعا کرده اند که کارایی کامپوزیت های ترکیب–Fe/SmOα بهتر از کربونیل آهن است.
تولید و بررسی خواص نانوکامپوزیت های اکسید آهن-گرافیت بوسیله ی Zou و همکارانش، گزارش شده است. این نانوکامپوزیت ها با وارد کردن یون های به داخل لایه های اکسید گرافیت، و سپس کاهش ترکیب اکسید گرافیت در دمای بالا و در داخل اتمسفر H2، تولید می شوند. مواد اولیه دارای مقادیر هم ارز از و اکسید گرافیت، هستند. این مخلوط در دمای پیرولیز می شود و سپس در دمای بالا، کاهش می یابد. دمای کاهش بهینه، در حدود است. دمای پایین تر از برای کاهش و تبدیل آن به Fe مناسب نیست، در حالی که دمای بالا نیز منجر به تشکیلFe3C می شود. اندازه ی ذره ی نمونه Fe در حدود 10 تا 100 نانومتر است. خواص الکترومغناطیس در این گزارش آورده شده است اما هیچ اطلاعاتی در مورد نوع ماده ی مورد استفاده برای اندازه گیری، ارائه نشده است. علاوه بر این، کارایی میرایی میکروویو اعتبار زیادی ندارد و این مسئله می تواند منجر به عدم تطابق مناسب در امپدانس مواد گردد (این مسئله در صورتی ایجاد می شود که نانوپودرهای اکسید آهن- گرافیت به طور مستقیم برای تولید نمونه استفاده شود).
Wei و همکارانش ذرات کامپوزیتی را از طریق کاهش ماده اولیه ی با استفاده از فرایند سل ژل، سنتز کرده اند. این پیش ماده به گونه ای تولید می شود که دارای نسبت Fe/Si برابر با 13 به 1 می باشد. با استفاده از یک چنین نسبتی، درصد حجمی آهن، برابر با 78.2 % می باشد. کامپوزیت های دارای 15 درصد حجمی و پارافین، آماده سازی و مورد بررسی قرار گرفته اند. این فهمیده شده است که این پودر باید در دمای 800 درجه سانتیگراد عملیات حرارتی شود تا بدین صورت، خواص EM آن بهینه شود.
همچنین گزارشاتی در مورد تولید ذرات نانوکامپوزیتی هگزافریت FeCo با استفاده از کاهش فریت در داخل گاز ، ارائه شده است. این فهمیده شده است که نانوذرات فلزی FeCo به طور همدوس در طول صفحات a-b شبکه ی هگزافریت رسوب دهی شده اند. برای تولید ذرات نانوکامپوزیتی مورد استفاده قرار می گیرد. اگر چه نفوذپذیری مغناطیسی نانوکامپوزیت های در مقایسه با فریت های اصلی، افزایش می یابد، ثابت دی الکتریک آنها نیز افزایش می یابد. در این زمینه، آنها کاندیداهای مناسبی برای کاربردهای میرایی میکروویو نیستند (به دلیل تطابق امپدانس ضعیف آنها ).
اخیرا، Liu و همکارانش نانوسیم های Fe را با استفاده از روش CVD تولید کرده اند. این نانوسیم ها دارای قطری بین 70 تا 200 نانومتر هستند و طول آنها نیز در حدود 20-50 میکرون است. در فرایند تولید این نانوسیم ها، از تجزیه یFe(CO)5 در دمای 523k و در داخل جریان آرگون، استفاده شده است. کامپوزیت های رزین اپوکسی با 29 درصد حجمی نانوسیم های آهن، دارای خواص دی الکتریک و مغناطیسی بهتری نستب به کامپوزیت های مشابه تولید شده از میکرو سیم ها یا ذرات ورقه ای مانند، هستند. به عبارت دیگر، کامپوزیت های تولیدی از نانوسیم ها، در گستره ی فرکانس مورد ارزیابی، دارای ثابت دی الکتریک تقریبا ثابتی0.5)( , است، در حالی که کامپوزیت های تولید شده از میکروسیم ها یا ذرات ورقه ای مانند، دارای مقادیر ثابت دی الکتریک حقیقی و موهومی بالاتری هستند. به عبارت دیگر، کامپوزیت های تولید شده از نانوسیم ها دارای مقادیر ثابت دی الکتریک حقیقی و موهومی بالاتری نسبت به دو کامپوزیت دیگر، هستند. این مسئله بدین معناست که مقدار امپدانس کامپوزیت های تولید شده از نانوسیم ها، نسبت به کامپوزیت های تولید شده از میکرو سیم ها یا ذرات ورقه ای شکل، به فضای آزاد نزدیک تر است. همانگونه که قبلا گفته شد، اتلاف انعکاس یک کامپوزیت، هم بوسیله ی تطابق امپدانس ماده با فضای آزاد و هم ظرفیت جذب انرژی ماده، تعیین می شود. بنابراین، کامپوزیت های تولید شده از نانوسیم ها، دارای اتلاف انعکاس موج EM کمتری نسبت به کامپوزیت های تولید شده از میکروسیم یا ذرات ورقه ای شکل، هستند.
اخیرا نیز، Sun و همکارانش یک نوع جدید از آهن نانوسایز را تولید کردند که دارای ساختار دندریت شکل سلسله مراتبی، است. این ماده با 70 % وزنی پارافین مخلوط می شود و در زمانی که یک ضخامت 2 میلی متری از آن ایجاد شود، دارای انعکاس 10-dB در گستره ی 3-18 GHz است. پودر نانوساختار Fe از کاهش –〖Fe〗_2 O_3α با استفاده از روش هیدروترمال، تولید می شود. نانوساختارهای با ترکیب سلسله مراتبی بعد از واکنش کاهش نیز حفظ می شود. علاوه بر این، با کنترل دمای کاهش و نرخ جریان عوامل کاهنده (H2/Ar)، پودر با ساختار نانویی و سلسله مراتبی تولید می شود . می تواند به نانوسایز تبدیل شود.
سایر روش های شیمیایی مانند کاهش گرمایی هیدروژنی، احتراق خود انتشار شونده (self-propagating combustion) و آنیل گرمایی، نیز برای تولید این ساختارها، گزارش شده اند. برای مثال Zhen و همکارانش از ذرات به عنوان ماده ی اولیه در تولید نانوذرات آلیاژی FeNi با استفاده از روش کاهش گرمایی در دمای 400℃به مدت 1 ساعت، استفااده کرده اند. ذرات آلیاژی FeNi حاصله دارای قطری در حدود 150 نانومتر است. کامپوزیت های تول ید شده از نانوذرات FeNi با 15 درصد حجمی واکس، کارایی EM خوبی در گستره ی فرکانس 11-18 GHz دارند. این انتظار وجود دارد که خواص EM این کامپوزیت ها می تواند با افزایش غلظت حجمی آنها، افزایش یابد. این روش برای تولید اشکال ورقه ای شکل CoFe در ابعاد نانویی از 〖 و نانوذرات کامپوزیتی CoFe/Al_2 O_3 از ذرات برای کامپوزیت های میکروویو، استفاده می شود. مخصوصا، نانوذرات کامپوزیتی CoFe/Al_2 O_3 ، کاندیداهای مناسبی برای کامپوزیت هایی است که در آنها تطابق مناسبی میان امپدانس لایه ها وجود دارد. یک کامپوزیت ساختاری لایه ای با لایه ی تطابق امپدانس، دارای پهنای باند وسیعی در اتلاف انعکاس 10 dB در گستره ی فرکانس 5/2 تا 18 GHz است.

تخلیه ی قوسی جریان مستقیم

Lu و همکارانش نانوذرات هسته- پوسته از جنس آهن – نیکل را از فلزات بالک و با استفاده از روش تخلیه ی قوس dc تولید کردند. آنها این تولید را با استفاده از مخلوطی از هیدروژن و گازهای آرگون، انجام دادند. در این مورد، تنگستن به عنوان کاتد و فلزات آهن و نیکل به عنوان آند استفاده شده است. یک مقدار اندک از اکسیژن با گازهای خنثی مخلوط گردید تا بدین صورت یک لایه ی نازک از اکسید بر روی سطح ایجاد گردد. نانوذرات آهن – نیکل با ساختارهای هسته- پوسته تولید گردید که در آنها ترکیب سیستم دوتایی،
〖Fe〗_3 O_4/γ-〖Fe〗_2 O_3و 〖Ni〗_2 O_3 به عنوان پوسته در نظر گرفته می شود. این کامپوزیت ها از مخلوط کردن نانوذرات با پارافین (با نسبت جرمی 1 به 1) تولید می گردد. نفوذپذیری مغناطیسی و ثابت دی الکتریک نسبتا پیچیده ی آنها در گستره ی فرکانس میکروویو است. در مقایسه، کامپوزیت های با نانوذرات آهن، دارای تانژانت اتلاف دی الکتریک بالاتری هستند که به دلیل وجود مکانیزم پلاریزاسیون خاص، ایجاد می شود. بنابراین، کامپوزیت های تولید شده از نانوذرات Fe دارای ظرفیت میرایی میکروویو بیشتری نسبت به کامپوزیت های تولید شده از نانوذرات نیکل، هستند.
این گروه از روش یکسانی برای سنتز نانوذرات Fe(C)، استفاده کرده است. این ذرات دارای توزیع اندازه ی باریکی (بین 20-40 nm هستند). کامپوزیت های تولید شده از پودر نانوسایز 50 درصد وزنی و واکس دارای تانژانت اتلاف دی الکتریکی در حدود 3/0 و تانژانت اتلاف مغناطیسی در حدود ‌1/0 هستند که بنابراین موجب می شود کارایی میرایی میکروویو این کامپوزیت ها، خوب باشد.
یک نانوذره ی Fe پوشش داده شده با ZnO از آلیاژ و با استفاده از فرایند تخلیه ی قوس، تولید شده است. این ذرات دارای هسته ای آهنی با اندازه ی 10-25 nm هستند که بوسیله ی یک لایه ی 2-3 nm از جنس ZnO محافظت می شوند. کامپوزیت هایی با 40 درصد وزنی نانوپودرهای FeZnOتولید و مورد بررسی قرار گرفته اند. میرایی میکروویو مناسب در گستره ی 2-18 GHz برای این کامپوزیت ها، ایجاد می شود که این مسئله به دلیل انطباق مناسب امپدانس این کامپوزیت ها، ایجاد می شود. در واقع این تطابق به دلیل وجود پوسته ی ZnO بر روی ذرات ایجاد می شود.
یکی دیگر از مثال ها، استفاده از پوشش های آلومینا بر روی نانوکپسول های FeCO است که از یک آلیاژ با فرمول مشتق شده است. بسته به زمان تخلیه ی قوس، پودر هایی با اندازه ی ذراتی میان 60 تا 100 نانومتر یا آرایه ای از نانوذرات با اندازه های بین 5/1 تا 2 میکرون، حاصل می شود. خواص الکترمغناطیسی کامپوزیت هایی با 40 درصد وزنی 〖Al〗_2 O_3-FeCo مورد بررسی قرار گرفته است. نویسندگان همچنین در مورد کلوخه های سه بعدی شبه مرجانی، گزارش داده اند که از نانوکپسوله های دارای هسته ی FeCo و پوسته ی آلومینای آمورف، تشکیل شده اند. یک لایه ی مفرد این کامپوزیت ها که دارای 40 درصد وزنی نانوذرات هستند، دارای میرایی 10 dB در گستره ی فرکانس 8 تا 18 GHz هستند (ضخامت این لایه، برابر با 3 mm است). کارایی EM خوب این کامپوزیت به طور قابل توجهی به رزونانس طبیعی برجسته در این اجزای مغناطیسی و پلاریزاسیون سطح مشترک ایجاد شده در این خوشه های سه بعدی، مربوط می شود.

بال میل با انرژی بالا

فرایند آسیاب گلوله ای با انرژی بالا یا آلیاژسازی مکانیکی، یک روش قدرتمند برای تولید پودرهای نانوسایز مواد مختلف می باشد. به هر حال، این مشکل است که مواد مغناطیسی های فلزی نانوسایز را با استفاده از آسیاب کاری مکانیکی، تولید کرد. علت این مسئله، به دلیل ایجاد اثرات شکستگی و جوش خوردن متوالی در طی این فرایند است. بنابراین، با استفاده از این روش، پودرهای نانوسایز از Fe یا آلیاژهای آن، تنها در حضور سایر اجزا مانند کربن، اکسیدهای ساده و فریت ها، و حلال های آلی، قابل حصول می باشد.
Liu و همکارانش به طور کامل بر روی خواص EM کامپوزیت هایی مطالعه کرده اند که شامل رزین های اپوکسی و پودرهای مغناطیسی بر پایه ی آهن به همراه کربن آمورف می باشد (این مواد از طریق آسیاب گلوله ای انرژی بالا تولید شدند). اجزای مغناطیسی بر پایه ی Feکه مورد مطالعه α-Fe، 〖Fe〗_3 C، 〖 Fe〗_2 Bو 〖〖Fe〗_1.4 Co〗_0.6 Bبودند. به عنوان مثال، α-Fe را در نظر بگیرید. مخلوط α-Fe3-10 میکرون و 6 درصد وزنی پودر کربن آمورف با سرعت چرخش آسیاب 3/3 دور در ثانیه به مدت 30 ساعت در اتمسفر آرگون، آسیاب شدند. پودر آسیاب شده، دارای توزیع اندازه ی ذره ی 100 نانومتر تا 1 میکرون بود. مقاومت الکتریکی نانوکامپوزیت آسیاب شده، برابر باΩ.m100 می باشد که این مقدار بسیار بزرگتر از α-Fe خالص است. مقاومت نانوکامپوزیت های به دلیل ریزساختاری است که در آن ذرات رسانا بوسیله ی کربن آمورف از هم جدا شده اند. این مهم است که در این کامپوزیت ها، میزان ثابت دی الکتریک را پایین نگه داشت. برای مثال، ثابت دی الکتریک حقیقی کامپوزیت های دارای ‌40 درصد وزنی α-Fe کربن (4/12~ε^')، کمتر از کامپوزیت های دارای ‌13 درصد وزنی α-Fe خالص می باشد(15~ε^'). این دو کامپوزیت، دارای مقادیر یکسانی α-Fe هستند. بدون تفاوت قابل توجه در خواص مغناطیسی، کامپوزیت تولید شده از پودر آسیاب شده، دارای کارایی EM بهتری نسبت به کامپوزیت مشتق شده از α-Fe خالص است. نتایج مشابهی در کامپوزیت هایی مشاهده گردید که در آنها از پودرهای نانوکامپوزیتی تولید شده از سایر ترکیبات آهن، استفاده شده است.
علاوه بر کربن آمورف، نیز برای اماده سازی نانوکامپوزیت های بر پایه ی آهن، مورد استفاده قرار می گیرد. تولید نانوکامپوزیت های به همراه نیز گزارش شده اند. برای اجزای معناطیسی مختلف، مواد اولیه ی مختلفی مانند Y_2 (Fe_(1-x) Co_x )_17 و Y_2 Fe_17و Y_5 Fe_77.5 Bl_7.5 مورد استفاده قرار می گیرد. پودرهای حاصله از این مواد اولیه، با استفاده از آسیاب های گلوله ای با انرژی بالا، ریزدانه می شوند و سپس در اتمسفر هیدروژن و سپس در اکسیژن، عملیات حرارتی می شوند. ترکیب کامپوزیت های تولیدی از این نانوکامپوزیت ها می توانند به سهولت با تغییر در ترکیب شیمیایی مواد اولیه، تغییر کند. نانوکامپوزیت های تولیدی با این روش، دارای اندازه ی دانه ی متوسط بین 10-30 nm هستند. کامپوزیت های تولیدی از این پودرهای نانوکامپوزیتی، دارای خواص جذب میکروویو، مورد قبول هستند.
این روش همچنین برای اماده سازی نانوکامپوزیت های آهن- فریت نیز توسعه یافته است. یک پودر نانوکامپوزیتی از جنس با استفاده از آسیاب کاری یک مخلوط از پودر آهن و تولید شده است. این سنتز در هگزان و در زمان 30 ساعت انجام شده است. پودر آسیاب شده، دارای اندازه ی ذره ی 100-900 nm و اندازه ی دانه ی 20-30 nm هستند. این فهمیده شد که کامپوزیت های بر پایه ی پودرهای نانوسایز ، دارای خواص میرایی میکروویو بهتری نسبت به کامپوزیت هایی که در آنها از Fe یا به تنهایی استفاده شده است. کارایی پیشرفته ی کامپوزیت های به دلیل ریز بودن دانه های اهن و تشکیل نانوذرات آهن ورقه ای شکل، ایجاد می شود. این ذرات به دلیل استفاده از آسیاب، به شکل ورقه ای در آمده اند. در یک مطالعه ی مشابه، Wang و همکارانش، از آسیاب گلوله ای با انرژی بالا برای تولید ذرات هسته- پوسته از جنس استفاده کرده اند که در این ذرات، پوسته ی خارجی از جنس فریت بوده است. نویسندگان این مقاله فهمیده اند که کامپوزیت های دارای پودر ، دارای ثابت دی الکتریک القا شده ی بالایی هستند در حالی که نفوذپذیری مغناطیسی آنها ثابت است (در مقایسه با . مزیت متمایز استفاده از فریت ها، این است که آنها نیز موادی مغناطیسی هستند. بنابراین، فریت ها دارای مزیت های مشخصی نسبت به کربن آمورف و هستند. در این زمینه، نانوکامپوزیت های تولید شده از آلیاژهای مغناطیسی- فلزی و فریت ها باید مورد بررسی قرار گیرند.

متراکم سازی فیزیکی

خواص میکروویو نانوکامپوزیت های دارای Fe و Co با زمینه ای از جنس ZnO و Fe2 O3 بوسیله ی Brosseau و همکارانش گزارش شده است. برای مقایسه، Fe و Co با اندازه ی میکرومتری نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. کامپوزیت های مورد استفاده در این مطالعه، با مخلوط کردن و فشردن پودر فلز، پودر اکسید و رزین اپوکسی، تولید شده است. کسر حجمی Ni و Co تا 6/0 افزایش می یافت در حالی که درصد رزین در گستره ی 09/0 تا 17/0 بود. تمام نمونه ها، دارای تخلخل معین بود که این تخلخل به طبیعت پودر اولیه، بستگی دارد. برجسته ترین ویژگی این روش، این است که کامپوزیت های تولید شده دارای پودرهای نانوسایز Fe و Co است که دارای رزونانس ژیرومغناطیس برجسته ای در گستره ی فرکانس میکروویو هستند. این رزونانس نه تنها در این کامپوزیت ها، قابل مشاهده است، بلکه همچنین در کامپوزیت هایی قابل مشاهده است که دارای پودرهای میکرونی Fe و Co است. اگر چه چندین حالت ویژه می تواند مسئول حضور رزونانس در نانوکامپوزیت ها باشد، یک توصیف مناسب وجود ندارد. با وجود این، ویژگی های رزونانسی نانوکامپوزیت ها، موجب می شود آنها به عنوان مواد مناسبی برای استفاده به عنوان مواد EM مطرح باشند. به هر حال، این نوع از نانوکامپوزیت ها، دارای ثابت دی الکتریک نسبتا بالا هستند. که این مسئله به دلیل ثابت دی الکتریک به نسبت بالای ZnO (که 3/0j-2/38=ε)، ایجاد شده است. در کاربردهای عملی، ثابت دی الکتریک یک کامپوزیت میکروویو، باید نزدیک به نفوذپذیری مغناطیسی آن باشد تا بدین صورت، تطابق مناسبی میان امپدانس کامپوزیت، ایجاد شود. بنابراین، این پیشنهاد می شود که از سایر زمینه های دارای ثابت دی الکتریک پایین به جای ZnO استفاده شود.

پودرهای نانوسایزمغناطیسی – غیر فلزی

در مقایسه با اجزای مغناطیسی فلزی، پودرهای نانوسایز مغناطیسی- غیر فلزی (فریت ها) کمتر مورد بررسی قرار گرفته اند. مثال های قابل توجه از فریت های نانوسایز و فریت های بر پایه ی نانوکامپوزیت های، در ادامه مورد بررسی قرار می گیرند.
پودرهای فریتی نانوسایز ( )، از طریق روش هم رسوبی شیمیایی، تولد شده اند. این پودرها دارای ذرات با اندازه ی متوسط 10 تا 52 nm هستند. که این اندازه به دمای کلسیناسیون وابسته است. کامپوزیت های دارای 60 درصد وزنی ، دارای میرایی میکروویوی در اتلاف انعکاس 10- dB (در گستره ی فرکانس 9-12 GHz) هستند.
Xiao و همکارانش، ساختارهای پوسته- هسته از جنس تولید کردند. پودر نانوسایز با استفاده از روش پیرولیز پلیمری آماده سازی شد. این ماده سپس با استفاده از TiO2پوشش دهی گردید(از طریق فرایند سل ژل). کامپوزیت های دارای 60 درصد حجمی پودرهای نانوکامپوزیتی آماده سازی و مورد بررسی قرار گرفت. این فهمیده شد که ثابت دی الکتریک با افزایش مقدار TiO2، افزایش می یابد. این مسئله در واقع به خوبی قابل فهم است زیرا TiO2 دارای ثابت دی الکتریک بالاتر نسبت به است. به هر حال، یک قابلت ماکزیمم در نمونه ای قابل مشاهده است که در آن از نانوکامپوزیت های دارای 20درصد TiO2استفاده شده است. در حقیقت، این قابل پیشنهاد نمی باشد که از TiO2 برای تولید کامپوزیت های دارای فریت، استفاده کنید. زیرا ثابت دی الکتریک این ماده، نسبتا بالاست(حدود 80). ورود TiO2موجب می شود تا کاهش ثابت دی الکتریک کامپوزیت (بواسطه ی تطابق امپدانس) مشکل تر شود.
اخیرا، Stojak و همکارانش، نانوکامپوزیت های پلیمری با نانومتری و پلیمر Rogers، تولید کرده اند. ذرات نانوسایز از طریق روش فرایند شیمیایی، تولید شده اند. کامپوزیت های دارای نانوذرات تا 80 درصد وزنی، بواسطه ی هگزان در پلیمر Rogers پراکنده سازی شده است. تفاوت بین این کامپوزیت ها، با آنهایی که بوسیله ی مخلوط شدن مکانیکی پودر با رزین اپوکسی تولید می شوند، در این است که نانوکامپوزیت های تولید شده بوسیله ی Stojak و همکارانش، دارای توزیع یکنواخت تری از نانوذرات بوده است. یک رزوناتور خطی میکرواستریپ دو پورتی (two-port microstrip linear resonator) برای شناسایی پاسخ میکروویو نانوکامپوزیت ها، مورد استفاده قرار گرفته است. این فهمیده شده است که خواص پاسخ میکروویو این نانوکامپوزیت ها می توانند با استفاده از میدان dc خارجی، تنظیم گردد.
یک تعداد روز افزون از گزارشات در مورد خواص EM کامپوزیت هایی، ارائه شده است که بر پایه ی پودرهای مغناطیسی ساخته شده اند. برای مثال، همانگونه که قبلا گفته شد، Sun و همکارانش یک نوع پودر نانوسایز و دندریت شکل را از تولید کرده اند. Wang و همکارانش کره های توخالی از جنس تولید کرده اند که دارای قطر تقریبی 500 nm و ضخامت 150 nm بوده است. این کره های توخالی بواسطه ی فرایندهای حلال- گرمایی، تولید شده اند. هر دو نوع از پودرهای دارای خواص EM مناسب در هنگام استفاده در کامپوزیت ها، هستند.

/ج