Elektromanyetik Kalkanlama Uygulamalarına Yönelik Epoksi Matrisli Nanokompozitlerin Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu

Abstract

İkinci Dünya Savaşı süreci ve sonrasında gelişen teknoloji, elektronik cihazların kullanımı, artan radyo dalga yayınları, transistörler, mikroişlemci gibi sistem ve ekipmanlar frekans spektrumunu genişletmiş ve cihazların çalışmalarında beklenmedik problemler ortaya çıkmaya başlamıştır. Bu problemlerin istemli ve istem dışı olarak cihaz ve sistemlerden yayılan elektromanyetik alanların girişiminden kaynaklandığı öngörülmüştür. Bunlar üzerine Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), Elektromanyetik Girişim (EMG) problemi üzerinde çalışması için Uluslararası Radyo Girişimi Özel Komitesini (CISPR) görevlendirmiştir. 1979'da Federal İletişim Kurulu'nun (FCC) kurulmasıyla, Elektromanyetik Girişimin tanımlanması ve konu ile ilgili standartlar, regülasyonlar oluşmaya başlamış, Elektromanyetik Uyumluluk (EMU) ölçütlerinin belirlenmesi hızlanmıştır. Günümüzde ICNIRP, ANSI, IEEE, ASTM ve WHO gibi kuruluşların da üzerinde çalışmakta olduğu EMG Kalkanlama/EMU konusu hem cihaz ve ekipmanların servis süresi boyunca operasyonlarını başarılı bir şekilde yürütmesi açısından hem de insan ve diğer biyolojik türlerin sağlığının korunması açısından önem arz etmektedir. Bu sebeple, uluslararası standardizasyonlar ve yönetmeliklerle kontrol edilmektedir. Ülkemizde konu ile ilgili düzenlemeleri ve sınır değerleri Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTİK) yönetmeliklerle ve Milli Monitör Sistemi (MMS) ile takip etmektedir. BTİK tanımına göre EMG terimi her türlü sistem/cihaz faaliyetini engelleyen, haberleşmede kesinti doğuran veya kalitesini bozan her türlü yayın veya elektromanyetik etkiyi ifade eder. EMU testleri ve testler sonucu cihazın ortamda herhangi bir girişime sebep olmaması konusunun belirlenmesi, CE sertifikasının bulunması gibi hususlar telekomünikasyon ürünleri başta olmak üzere cihaz, ekipmanlar ve sistemler için elzemdir. Havacılık, Uzay ve Savunma Sanayiinde ise Elektromanyetik Girişimi Kalkanlama hususu hayati önemdedir. Elektronik bileşenleri içeren ürünlerin, devrelerin, özellikle hassas güdüm sistemlerinin, algılayıcı ve eyleyicilerini doğal, yapay, dolaylı ya da uluslararası unsurlardan kaynaklanan kasti elektromanyetik etkileşimlere karşı korumak oldukça kritiktir. Bu kapsamda EMG Kalkanlama Etkinliği (EMG KE) yüksek kompozit malzemeler, katkı malzemeleri ve prosesler geliştirmek malzeme teknolojileri alanında temel hedeflerdendir. Bu tez çalışmasında Elektromanyetik Kalkanlama Uygulamalarına Yönelik Epoksi Matrisli Nanokompozitlerin Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu üzerinde çalışılmıştır. Materyal ve yönteme gelince, Grafen kapsüllü Nikel (GNi) parçacıklar Plazma Destekli Döner Aksamlı Kimyasal Buhar Çöktürme (PDDAKBÇ) yöntemi ile sentezlenmiştir. Parçacıkların karakterizasyon süreçlerinden sonra, elde edilen GNi yapılar epoksi matrise katkılanmıştır. Nanokompozit yapı elde edilmiş ve test kuponları imal edilmiştir. Farklı katkılama yüzdelerinde hazırlanan test kuponlarının Kalkanlama Etkinlikleri (KE) ölçülmüştür. Grafen kapsülasyonu sayesinde nikel tozların kalkanlama etkinliği aynı katkılama yüzdelerinde iyileşmiştir. KE ölçümleri 1,5 Ghz-10 GHz frekans aralığı için ASTM D4935 Düzlemsel Malzemelerin Elektromanyetik Ekranlama Etkinliği test yöntemi ile yapılmıştır. GNi tozların Savunma Sanayi uygulamaları için epoksi matrisli nanokompozit malzemelerde EMG Kalkanlama uygulamalarında kullanım potansiyeline sahip olduğu gösterilmiştir. Bu tez çalışması TÜBİTAK 1003 programı kapsamında 118F491 kodlu proje ve 118F492 kodlu alt proje ile desteklenmiştir.

During and after the Second World War, the developing technology, the use of electronic devices, increasing radio wave broadcasts, transistors, systems and equipment such as microprocessors had expanded the frequency spectrum; and unexpected problems has started to occur in the operation of the devices. It was predicted that these problems were caused by the interference of electromagnetic fields that are intentionally and unintentionally emitted from devices and systems. Upon these, the International Electrotechnical Commission (IEC) assigned the International Radio Interference Special Committee (CISPR) to work on the Electromagnetic Interference (EMI) problem. With the establishment of the Federal Communications Commission (FCC) in 1979, the definition of Electromagnetic Interference and the standards and regulations on the subject began to be formed, and the determination of Electromagnetic Compatibility (EMC) criteria accelerated. Nowadays, EMI/EMC issue which is also studied by organizations such as ICNIRP, ANSI, IEEE, ASTM and WHO is important both for the successful operation of the devices and equipment during their service period and for the protection of the health of human and other biological species. Therefore, it is controlled via International Standardizations and regulations. In our country, the relevant regulations and limit values are followed by the Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTİK) and the National Monitoring System (MMS). According to the definition of BTİK, the term EMI refers to any broadcast or electromagnetic effect that hinders any system/device activity, interrupts communication or impairs its quality. EMC tests and the issues such as determining whether the device does not cause any interference in the environment as a result of tests, and the presence of CE certificate are essential for devices, equipment and systems, especially telecommunication products. Electromagnetic Interference Shielding has vital importance in the Aerospace and Defense Industry. It is very critical to protect products containing electronic components, circuits, especially precision guidance systems, sensors and actuators against intentional electromagnetic interactions caused by natural, artificial, indirect or international factors. In this context, developing composite materials, additives and processes that have high EMI Shielding Efficiency (EMI SE) is one of the main goals in the material technologies field. In this thesis, the Development and Characterization of Epoxy Matrix Nanocomposites for Electromagnetic Shielding Applications has been studied. When it comes to materials and method, Graphene encapsulated Nickel (GNi) particles were synthesized by the Rotating Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (RPECVD) method. After the characterization processes of the particles, the obtained GNi structures were integrated into the epoxy matrices. The nanocomposite structure was obtained and the test coupons were produced. The Shielding Efficiency (SE) of test coupons prepared in different filling percentages was measured. Due to graphene encapsulation, the shielding efficiency of nickel powders improved at the same percentages. SE measurements were conducted in accordance with the ASTM D4935 Electromagnetic Shielding Efficiency test method of Planar Materials for the frequency range 1.5 Ghz-10 GHz. GNi powders have been shown to have potential for use in EMI Shielding applications in epoxy matrix nanocomposite materials for Defense Industry applications. This thesis study were supported by the 118F491 coded project and 118F492 coded subproject within the scope of TUBITAK 1003 program.