Неметаллические материалы с высокой проводимостью и их применение в антенной технике

1. МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
“КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”
Курсовой Проект
По дисциплине «Материалы электронной техники»
Тема:
«НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ И ИХ
ПРИМЕНЕНИЕ В АНТЕННОЙ ТЕХНИКЕ»
Направление подготовки
Профиль
11.03.04 «Электроника и наноэлектроника»
Технологии в наноэлектронике
Выполнил: студент 122 группы
Кисляков Яков Юрьевич
Проверил: доцент кафедры ФНТ к.ф. – м.н.с.
Белов Павел Анатольевич
Курск, 2022 г.

2. Актуальность

В наше время, каждый из нас ежедневно используют антенную технику, не
задумываясь об этом.
Техника антенных устройств с момента открытия радио прошла большой
и сложный путь. Освоение новых диапазонов волн, новые применения
радиотехники всегда вызывали усовершенствования старых и появление
принципиально новых антенных устройств.
Заинтересовавшись причинами столь активного использования антенных
устройств, я решил провести собственное исследование, которое
поможет и мне, и другим разобраться подробнее в данном вопросе.
Думаю, что данная тема актуальна.

3. Цель

Изучение проводимости неметаллических материалов и их применение в
антенной технике.

4. Задачи

Изучение композиционных материалов.
Узнать преимущества и недостатки композиционных материалов.
Изучение применения неметаллических материалов в антенной технике.

5. Объект исследования

Неметаллические материалы, имеющие высокую проводимость.

6. Предмет исследования

Свойства и структура неметаллических материалов с высокой
проводимостью.

7. Антенная техника

Развитие антенной техники на всем протяжении эволюции радио
сопровождалось и было тесно связано с развитием теории антенных
устройств. Уже первая работа Генриха Герца по экспериментальному
доказательству существования электромагнитных волн была им
дополнена теоретическими изысканиями по излучению диполя. Одним
из основных элементов изобретения радио Александром
Степановичем Поповым (1859...1906 гг.) явилась приемная антенна.
Именно соединение антенны с вибратором Герца и приемным
контуром позволило А.С. Попову увеличить протяженность линии
радиосвязи, перешагнуть стены лаборатории и тем самым положить
начало радиотелеграфии и радиотехнике, как новой области техники.
В процессе развития антенн они усложнялись, появлялись
принципиально новые их классы, расширялись выполняемые функции,
и антенны зачастую превращались из простых взаимных устройств в
сложные динамические системы, содержащие в большинстве случаев
сотни, тысячи различных элементов.

8. Композиционные материалы

В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно
разделить на матрицу (или связующее) и включённые в неё армирующие элементы
(или наполнители).
Матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их
от механических повреждений и агрессивной химической среды.
В то же время на сегодняшний день главенствующая роль среди матричного
материала принадлежит полимерам. Объем выпуска полимерных композитов
намного превосходит выпуск материалов с другими матрицами.

9. Классификация композиционных материалов

Волокнистые композиционные материалы
Дисперсно-упрочненные композиционные материалы
Стекловолокниты
Карбоволокниты

10. Свойства композиционных материалов

К основным физическим свойствам композиционных материалов
относятся прочность на сжатие и растяжение, устойчивость к износу,
оптические эффекты (опаковость, прозрачность, флюоресценция,
опалесценция), рентгеноконтрастность, полимеризационная усадка,
плотность и тиксотропность, коэффициент термического расширения,
модуль эластичности.

11. Преимущества и недостатки композиционных материалов

-
+
Высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа)
Высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 — 240 ГПа)
Высокая износостойкость
Высокая усталостная прочность
Из КМ возможно изготовить размеростабильные
конструкции
Легкость
o
o
o
o
Высокая стоимость
Высокий разброс свойств
Низкая ударная вязкость
Расслаивание

12.

Вывод: композиционные материалы имеют ряд преимуществ, но нельзя
сказать, что они смогут в полной мере заменить традиционные материалы. У
них есть свои преимущества, но недостатки также имеют место быть. Следует
очень тщательно произвести расчёты и только потом выбрать оптимум между
материалами для производства.

13. Углеродистые проводящие материалы

Наряду с металлами и металлическими сплавами в качестве
резистивных, контактных и токопроводящих элементов достаточно
широко используются различные композиционные материалы,
некоторые окислы и проводящие модификации углерода. Как
правило, эти материалы имеют узкоспециализированное
назначение.
Углеродистые материалы. Среди твёрдых неметаллических
проводников наиболее широкое применение в электротехнике
получил графит - одна из форм чистого углерода. Наряду с
малым удельным сопротивлением ценными свойствами графита
являются значительная теплопроводность, стойкость ко многим
химически агрессивным средам, высокая нагревостойкость,
лёгкость механической обработки. Для производства
электроугольных изделий используют природный графит,
антрацит и пиролитический углерод.
Углеродные проводящие материалы – это лёгкие и прочные
материалы, они отличаются высокой термической и
коррозионной стойкостью, низкой теплопроводностью, высокой
удельной прочностью и жесткостью. Наибольшую
востребованность материалы, основой которых служит
углеродное волокно, получили в авиационной промышленности,
автоспорте и пр. — там, где нужна химическая инертность,
термостойкость, механическая прочность.

14. Устройства электронной техники на основе неметаллических

Массовое распространение и взрывная эволюция мобильных устройств в
последнее десятилетие ставит перед инженерами и учеными все новые задачи
по повышению энергоэффективности и одновременному уменьшению массы и
габаритов используемых радиоэлектронных компонентов. Не в последнюю
очередь это относится к антенным системам, к которым в современных
устройствах предъявляются все более жесткие требования по таким
параметрам, как эффективность, широкополосность, надежность и
функциональность. Удовлетворение этим требованиям невозможно без
реализации новых физических явлений, разработки новых материалов и
технологий. В последние годы разработчиков СВЧ устройств и антенн всё больше
привлекают новые материалы и среды с необычными электродинамическими
свойствами, и прежде всегометаматериалы.

15.

Компоненты электромагнитных цепей, обладающие свойствами
метаматериалов, применяются также в технике антенн в диапазоне частот от
100 МГц до 100 ГГц. Основными направлениями использования
метаматериалов при этом являются:
- излучатели, расположенные над высокоимпедансной поверхностью;
- антенны с излучающей поверхностной волной;
- уменьшение взаимного влияния элементов
антенных решеток, в том числе в MIMOустройствах;
- увеличение коэффициента усиления рупорной антенны.
Использование метаматериалов является одним из наиболее
перспективных и динамических
развивающихся направлений в СВЧ-техники.

16.

Цели данной работы достигнуты. Были изучены композиционные проводящие
материалы, углеродистые проводящие материалы, устройства электронной техники
на основе неметаллических, а также применение данной техники в разных сферах
современного мира .
Для достижения цели и выполнения поставленных в связи с ней задач был
проанализирован целый спектр соответствующей научной и методической
литературы, изучена терминология и классификации, связанные с явлением высокой
проводимости неметаллических материалов.
Таким образом, в данной курсовой работе были пройдены основные шаги,
позволившие выполнить поставленные в начале исследования задачи. На основе их
выполнения можно сделать вывод о важности тематики неметаллических
материалов с высокой проводимостью в современном мире и перспективности
развития разнообразных технологий, связанных с данным явлением

17. Спасибо за внимание!