Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Hấp Thụ Sóng Điện Từ Trên Cơ Sở Cao Su Tự Nhiên

• Tác giả: Lê Đỗ Việt Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thu Hà
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Hấp Thụ Sóng Điện Từ Từ Cao Su Tự Nhiên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỤC TIÊU LUẬN VĂN
• 2. DANH MỤC VIẾT TẮT
• 3. DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN
• 4. DANH MỤC HÌNH ẢNH TRONG LUẬN VĂN
• 5. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ
• 5.1. CÁC LOẠI NGUYÊN LIỆU DÙNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ
• 5.1.1. Vật liệu tổn hao từ
• 5.1.2. Vật liệu tổn hao điện
• 5.1.3. Cao su tự nhiên (NR)
• 5.2. CƠ CHẾ HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ
• 5.2.1. Cấu trúc hấp thụ và triệt tiêu năng lượng sóng điện từ bằng phương pháp giao thoa, tán xạ
• 5.2.2. Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ tạo mạch cộng hưởng
• 5.2.3. Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ dạng màn chắn Salisbury và lớp Dallenbach
• 5.2.4. Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ đa lớp (cấu trúc Jaumann)

I. Tổng Quan Vật Liệu Hấp Thụ Sóng Điện Từ Cao Su Tự Nhiên

Vật liệu polyme nói chung và cao su nói riêng đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Với mức tiêu thụ hàng năm lớn, đây là nền kinh tế kỹ thuật có vai trò quan trọng. Nhiều loại vật liệu mới được phát triển để ứng dụng trong đời sống và các lĩnh vực đòi hỏi tính năng cao như quân sự, khoa học vũ trụ. Cao su tự nhiên là nguồn nguyên liệu phổ biến ở Việt Nam, có chất lượng cao và nhiều tính năng vượt trội như khả năng đàn hồi, chịu biến dạng. Trong bối cảnh tài nguyên hóa thạch cạn kiệt, nghiên cứu vật liệu không có nguồn gốc dầu mỏ là hướng đi quan trọng. Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng các loại cao su, tuy nhiên chủ yếu tập trung vào tính năng đơn giản và phạm vi ứng dụng chưa mở rộng. Các nước phát triển liên tục đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng vật liệu vào khoa học kỹ thuật công nghệ cao, đặc biệt là trong quân sự. Đã có nhiều nghiên cứu về chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ với các loại vật liệu đa dạng như ceramic, composite, sắt ferit từ. Tuy nhiên, đối với vật liệu polyme đàn hồi như cao su thì hiện tại vẫn còn hạn chế. Do đó, ý tưởng nghiên cứu vật liệu hấp thụ sóng điện từ dựa trên cao su để tận dụng những tính năng ưu việt của nó được đưa ra. Cao su thiên nhiên được chọn để nghiên cứu với nhiều tính chất ưu việt và giá thành vượt trội so với các loại cao su tổng hợp khác.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Vật Liệu Hấp Thụ Sóng Điện Từ

Vật liệu hấp thụ sóng điện từ (RAM) là vật liệu được thiết kế để hấp thụ năng lượng của sóng điện từ, biến đổi nó thành nhiệt hoặc năng lượng khác. Điều này giúp giảm phản xạ sóng, làm cho vật thể khó bị phát hiện bởi radar hoặc các thiết bị điện tử khác. RAM được sử dụng rộng rãi trong quân sự, hàng không vũ trụ, và các ứng dụng dân sự như giảm nhiễu điện từ trong các thiết bị điện tử. Hiệu quả hấp thụ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tần số sóng, thành phần vật liệu, và cấu trúc của vật liệu.

1.2. Ứng Dụng Tiềm Năng Của Vật Liệu Hấp Thụ Sóng Điện Từ

Vật liệu hấp thụ sóng điện từ có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Trong quân sự, chúng được sử dụng để làm lớp phủ tàng hình cho máy bay, tàu chiến và xe tăng. Trong viễn thông, chúng được sử dụng để giảm nhiễu điện từ trong các thiết bị điện tử. Trong y tế, chúng được sử dụng để bảo vệ bệnh nhân khỏi bức xạ điện từ từ các thiết bị y tế. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng trong xây dựng để giảm nhiễu sóng điện từ trong các tòa nhà. Ứng dụng thực tế của vật liệu này ngày càng được mở rộng.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Vật Liệu Hấp Thụ Sóng Điện Từ

Nghiên cứu vật liệu hấp thụ sóng điện từ từ cao su tự nhiên đối mặt với nhiều thách thức. Cao su tự nhiên có tính chất cơ lý tốt, nhưng khả năng hấp thụ sóng điện từ còn hạn chế. Việc cải thiện tính chất hấp thụ sóng điện từ của cao su đòi hỏi phải kết hợp với các vật liệu khác, như vật liệu dẫn điện hoặc vật liệu từ tính. Quá trình pha trộn và xử lý vật liệu cũng cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả hấp thụ cao nhất. Ngoài ra, giá thành sản xuất và khả năng tái chế cũng là những yếu tố cần được xem xét. Cần có những nghiên cứu sâu rộng để vượt qua những thách thức này và tạo ra vật liệu hấp thụ sóng điện từ hiệu quả, bền vững và kinh tế.

2.1. Hạn Chế Về Tính Chất Điện Từ Của Cao Su Tự Nhiên

Cao su tự nhiên có hằng số điện môi thấp và độ dẫn điện kém, dẫn đến khả năng hấp thụ sóng điện từ hạn chế. Để cải thiện khả năng này, cần phải bổ sung các chất phụ gia có tính chất điện từ đặc biệt, chẳng hạn như các hạt nano kim loại hoặc các vật liệu dẫn điện khác. Việc lựa chọn và phối trộn các chất phụ gia này là một thách thức lớn, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về tính chất điện từ của từng thành phần.

2.2. Yêu Cầu Về Tính Chất Cơ Lý Của Vật Liệu Composite

Vật liệu composite tạo ra từ cao su tự nhiên và các chất phụ gia cần phải đáp ứng các yêu cầu về tính chất cơ lý, chẳng hạn như độ bền kéo, độ giãn dài, và độ bền xé. Việc bổ sung các chất phụ gia có thể ảnh hưởng đến các tính chất này, do đó cần phải có sự cân bằng giữa tính chất điện từ và tính chất cơ lý. Quá trình chế tạo vật liệu cũng cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2.3. Vấn Đề Về Giá Thành Và Khả Năng Tái Chế

Giá thành sản xuất là một yếu tố quan trọng cần được xem xét khi phát triển vật liệu hấp thụ sóng điện từ. Việc sử dụng các vật liệu đắt tiền hoặc quy trình sản xuất phức tạp có thể làm tăng giá thành sản phẩm, khiến nó khó cạnh tranh trên thị trường. Ngoài ra, khả năng tái chế của vật liệu cũng là một vấn đề cần được quan tâm, đặc biệt trong bối cảnh bảo vệ môi trường ngày càng được chú trọng.

III. Phương Pháp Chế Tạo Vật Liệu Hấp Thụ Sóng Điện Từ Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ từ cao su tự nhiên. Một phương pháp phổ biến là pha trộn cao su tự nhiên với các phụ gia hấp thụ sóng, như vật liệu nano carbon (ống nano carbon, graphene), bột kim loại (sắt, niken), hoặc ferrite. Các phụ gia này giúp tăng cường tính chất điện từ của vật liệu, cải thiện khả năng hấp thụ sóng. Quá trình pha trộn cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo phân tán đều các phụ gia trong nền cao su. Sau đó, vật liệu có thể được tạo hình bằng các phương pháp như ép, đùn, hoặc cán. Tối ưu hóa thành phần và quy trình chế tạo là chìa khóa để đạt được hiệu quả hấp thụ cao nhất.

3.1. Sử Dụng Vật Liệu Nano Carbon Làm Phụ Gia Hấp Thụ Sóng

Vật liệu nano carbon, như ống nano carbon (CNTs) và graphene, có tính chất điện từ tuyệt vời và diện tích bề mặt lớn, làm cho chúng trở thành phụ gia lý tưởng cho vật liệu hấp thụ sóng điện từ. Việc phân tán đều các vật liệu nano này trong nền cao su là rất quan trọng để đạt được hiệu quả hấp thụ cao nhất. Các phương pháp xử lý bề mặt và sử dụng chất hoạt động bề mặt có thể giúp cải thiện khả năng phân tán.

3.2. Pha Trộn Cao Su Tự Nhiên Với Bột Kim Loại Hoặc Ferrite

Bột kim loại (sắt, niken) và ferrite là các vật liệu từ tính có khả năng hấp thụ sóng điện từ trong một dải tần số nhất định. Việc pha trộn cao su tự nhiên với các vật liệu này có thể tạo ra vật liệu composite có khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt. Tỷ lệ pha trộn và kích thước hạt của vật liệu từ tính ảnh hưởng lớn đến hiệu quả hấp thụ.

3.3. Tối Ưu Hóa Quy Trình Chế Tạo Vật Liệu Composite

Quy trình chế tạo vật liệu composite từ cao su tự nhiên và các phụ gia hấp thụ sóng cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả hấp thụ cao nhất. Các yếu tố cần được xem xét bao gồm nhiệt độ, áp suất, thời gian pha trộn, và phương pháp tạo hình. Việc sử dụng các kỹ thuật mô phỏng và thử nghiệm có thể giúp xác định các thông số tối ưu.

IV. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Phụ Gia Đến Tính Chất Vật Liệu

Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất độn PANi và graphit tới tính chất cơ lý của vật liệu. Hàm lượng liên kết chéo và hiệu quả lưu hóa cao su mẫu. Hình thái học của vật liệu. Các kết quả này cho thấy việc điều chỉnh thành phần và cấu trúc có thể cải thiện đáng kể khả năng hấp thụ sóng của vật liệu. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế hấp thụ sóng và tối ưu hóa vật liệu.

4.1. Ảnh Hưởng Của Hàm Lượng PANi Và Graphit Đến Tính Chất Cơ Lý

Việc bổ sung PANi và graphit vào cao su tự nhiên có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của vật liệu, chẳng hạn như độ bền kéo, độ giãn dài, và độ cứng. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định hàm lượng tối ưu của PANi và graphit để đạt được sự cân bằng giữa tính chất điện từ và tính chất cơ lý.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Lưu Hóa Cao Su Mẫu

Hiệu quả lưu hóa là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất cơ lý và độ bền của cao su tự nhiên. Nghiên cứu cần đánh giá hàm lượng liên kết chéo và hiệu quả lưu hóa của các mẫu cao su khác nhau để xác định điều kiện lưu hóa tối ưu.

4.3. Phân Tích Hình Thái Học Của Vật Liệu

Phân tích hình thái học của vật liệu, chẳng hạn như bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), có thể cung cấp thông tin về sự phân tán của các phụ gia trong nền cao su và cấu trúc của vật liệu composite. Thông tin này có thể giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hấp thụ sóng và tối ưu hóa vật liệu.

V. Ứng Dụng Thực Tế Vật Liệu Hấp Thụ Sóng Điện Từ Cao Su

Vật liệu hấp thụ sóng điện từ từ cao su tự nhiên có nhiều ứng dụng thực tế. Chúng có thể được sử dụng để chế tạo lớp phủ tàng hình cho các phương tiện quân sự, giảm nhiễu điện từ trong các thiết bị điện tử, hoặc bảo vệ con người khỏi bức xạ điện từ. Ngoài ra, chúng còn có thể được sử dụng trong xây dựng để giảm nhiễu sóng trong các tòa nhà. Việc phát triển các ứng dụng này đòi hỏi sự hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư, và nhà sản xuất.

5.1. Lớp Phủ Tàng Hình Cho Phương Tiện Quân Sự

Vật liệu hấp thụ sóng điện từ có thể được sử dụng để chế tạo lớp phủ tàng hình cho máy bay, tàu chiến, và xe tăng, giúp chúng khó bị phát hiện bởi radar của đối phương. Lớp phủ này cần phải có hiệu quả hấp thụ cao trong dải tần số radar hoạt động.

5.2. Giảm Nhiễu Điện Từ Trong Thiết Bị Điện Tử

Vật liệu hấp thụ sóng điện từ có thể được sử dụng để giảm nhiễu điện từ trong các thiết bị điện tử, chẳng hạn như điện thoại di động, máy tính, và thiết bị y tế. Điều này giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị này.

5.3. Bảo Vệ Con Người Khỏi Bức Xạ Điện Từ

Vật liệu hấp thụ sóng điện từ có thể được sử dụng để bảo vệ con người khỏi bức xạ điện từ từ các thiết bị điện tử và trạm phát sóng. Điều này đặc biệt quan trọng đối với những người làm việc trong môi trường có mức độ bức xạ cao.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Vật Liệu Hấp Thụ Sóng

Nghiên cứu vật liệu hấp thụ sóng điện từ từ cao su tự nhiên là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Mặc dù còn nhiều thách thức, nhưng những tiến bộ đã đạt được cho thấy khả năng tạo ra vật liệu hiệu quả, bền vững và kinh tế. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm nghiên cứu các vật liệu nano mới, tối ưu hóa quy trình chế tạo, và mở rộng ứng dụng thực tế. Sự hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư, và nhà sản xuất là chìa khóa để đưa vật liệu này vào cuộc sống.

6.1. Nghiên Cứu Vật Liệu Nano Mới Cho Khả Năng Hấp Thụ Tối Ưu

Nghiên cứu và phát triển các vật liệu nano mới với tính chất điện từ vượt trội là một hướng đi quan trọng trong tương lai. Các vật liệu nano này có thể được sử dụng làm phụ gia để cải thiện hiệu quả hấp thụ của cao su tự nhiên.

6.2. Tối Ưu Hóa Quy Trình Chế Tạo Vật Liệu Composite

Tối ưu hóa quy trình chế tạo vật liệu composite từ cao su tự nhiên và các phụ gia hấp thụ sóng là rất quan trọng để giảm giá thành sản xuất và cải thiện tính chất của vật liệu. Các kỹ thuật mô phỏng và thử nghiệm có thể giúp xác định các thông số tối ưu.

6.3. Mở Rộng Ứng Dụng Thực Tế Của Vật Liệu Hấp Thụ Sóng

Mở rộng ứng dụng thực tế của vật liệu hấp thụ sóng điện từ từ cao su tự nhiên là một mục tiêu quan trọng. Điều này đòi hỏi sự hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư, và nhà sản xuất để phát triển các sản phẩm và giải pháp sáng tạo.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ cao và nhu cầu ứng dụng vật liệu có tính năng đặc biệt trong các lĩnh vực như quân sự và khoa học vũ trụ, việc nghiên cứu và chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ (RAM) ngày càng trở nên cấp thiết. Theo ước tính, mức tiêu thụ vật liệu polymer toàn cầu đạt khoảng 1,5 triệu tấn mỗi năm với tốc độ tăng trưởng từ 8 đến 10%. Cao su tự nhiên (NR) là một loại polymer có nguồn gốc sinh học, phổ biến tại Việt Nam với chất lượng cao, có khả năng đàn hồi và chịu biến dạng ưu việt. Trong bối cảnh nguồn tài nguyên hóa thạch ngày càng cạn kiệt, việc phát triển vật liệu hấp thụ sóng điện từ dựa trên cao su tự nhiên là hướng đi bền vững và có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật lớn.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở cao su tự nhiên kết hợp với Polyaniline (PANi) và graphit nhằm đạt được khả năng hấp thụ sóng radar trong dải tần 12 GHz đến 18 GHz với hiệu suất hấp thụ trên 90%. Mục tiêu cụ thể là phát triển vật liệu có độ bền kéo đứt tối thiểu 10 MPa, bền môi trường, phù hợp ứng dụng trong các sản phẩm công nghệ cao. Nghiên cứu được thực hiện tại Việt Nam trong giai đoạn gần đây, góp phần mở rộng phạm vi ứng dụng của cao su tự nhiên trong lĩnh vực vật liệu điện từ, đồng thời nâng cao giá trị sử dụng của nguồn nguyên liệu trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu hấp thụ sóng điện từ, bao gồm:

• Cơ chế tổn hao điện và tổn hao từ: Vật liệu hấp thụ sóng điện từ được phân thành hai nhóm chính dựa trên cơ chế hấp thụ: tổn hao điện (vật liệu điện môi, polyme dẫn điện, chất điện ly rắn) và tổn hao từ (vật liệu sắt từ, ferit từ, hợp kim từ). Khả năng hấp thụ sóng phụ thuộc vào hằng số điện môi tương đối ($\epsilon_R$) và từ thẩm tương đối ($\mu_R$) của vật liệu.

• Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ: Bao gồm các cấu trúc mạch cộng hưởng (mạch dao động, mạch cộng hưởng hai chiều), cấu trúc màn chắn Salisbury, lớp Dallenbach và cấu trúc đa lớp Jaumann. Các cấu trúc này giúp triệt tiêu năng lượng sóng điện từ thông qua giao thoa, tán xạ và cộng hưởng.

• Tính chất vật liệu: Cao su tự nhiên (NR) với cấu trúc cis-1,4-polyisoprene có tính đàn hồi cao, kết hợp với Polyaniline (PANi) – một polyme dẫn điện có khả năng điều chỉnh độ dẫn thông qua doping và trạng thái oxy hóa – và graphit làm chất độn dẫn điện, tạo nên vật liệu composite có khả năng hấp thụ sóng điện từ hiệu quả.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính là cao su tự nhiên hun khói RSS3, Polyaniline (PANi) và graphit N330 HAF. Các phụ gia như lưu huỳnh, xúc tiến CZ, ZnO và axit stearic được sử dụng trong quá trình chế tạo.

• Phương pháp chế tạo: Vật liệu được chế tạo bằng phương pháp trộn hợp và lưu hóa. Quá trình trộn hợp diễn ra ở 90°C với tốc độ quay 50 rpm, sau đó lưu hóa ở 150°C trong 17 phút dưới áp suất 16 MPa để tạo thành tấm vật liệu dày khoảng 2 mm.

• Phương pháp phân tích:

  • Đo độ bền kéo đứt và độ dãn dài theo tiêu chuẩn JIS K6251 trên máy TOYOSEIKI STROGRAPH VE1D.
  • Xác định hàm lượng liên kết chéo bằng phương pháp trương nở trong toluen, tính toán theo phương trình Flory–Rehner.
  • Đo góc thấm ướt bằng kỹ thuật phân tích hình dạng giọt lỏng (DSA) với nước và dầu ăn làm chất lỏng thử.
  • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) trên máy DTG-60H trong môi trường khí trơ Ar, dải nhiệt độ 20-800°C.
  • Quan sát hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
  • Đo độ hấp thụ sóng điện từ trong dải tần 4-18 GHz bằng máy phân tích vi sóng cầm tay N9918A FieldFox.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình chế tạo và phân tích vật liệu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 11 năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của hàm lượng PANi và graphit đến tính chất cơ lý:

   • Độ bền kéo đứt của vật liệu giảm khi hàm lượng PANi tăng, do sự không tương hợp giữa pha cao su và PANi gây cấu trúc không đồng nhất.
   • Graphit làm tăng độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt, cải thiện cơ tính vật liệu.
   • Mẫu có 30% graphit và 15% PANi (RSS5) đạt độ bền kéo đứt trên 10 MPa, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

2. Hàm lượng liên kết chéo:

   • Hàm lượng liên kết chéo tăng theo hàm lượng PANi, do nguyên tử nitơ trong PANi tạo liên kết chéo với cao su.
   • Sự tăng liên kết chéo không đồng nhất làm giảm cơ tính vật liệu.
   • Graphit giúp hình thành liên kết S-C và C-C bền vững, cải thiện cấu trúc mạng lưới và cơ tính.

3. Góc thấm ướt và khả năng kỵ nước:

   • Vật liệu có góc thấm ướt nước trên 100°, thể hiện tính kỵ nước cao.
   • Sự kết hợp PANi và graphit làm tăng tính kỵ nước do cấu trúc chặt chẽ và hiệu ứng lá sen từ hạt than đen.
   • Đối với dầu ăn, góc thấm ướt thấp hơn, cho thấy vật liệu dễ thấm chất lỏng không phân cực.

4. Độ bền nhiệt:

   • Hàm lượng PANi làm giảm độ bền nhiệt của vật liệu, trong khi graphit tăng độ bền nhiệt.
   • Mẫu có graphit mất khối lượng do hấp phụ nước nhiều hơn PANi.
   • Phân hủy chính của cao su và phụ gia xảy ra trong khoảng 300-500°C.

5. Khả năng hấp thụ sóng điện từ:

   • Vật liệu hấp thụ tốt sóng radar trong dải tần 12-18 GHz với hiệu suất trên 80%, mẫu RSS5 đạt trên 90% ở 14-17 GHz.
   • PANi tăng khả năng hấp thụ ở dải tần thấp (4-10 GHz), graphit tăng khả năng hấp thụ ở dải tần cao (10-18 GHz).
   • Sự kết hợp PANi và graphit tạo ra vật liệu hấp thụ sóng điện từ hiệu quả và ổn định hơn.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự phối hợp giữa cao su tự nhiên, PANi và graphit tạo ra vật liệu composite có tính năng hấp thụ sóng điện từ vượt trội, đồng thời duy trì được tính cơ lý và nhiệt ổn định ở mức chấp nhận được. Sự không tương hợp pha giữa cao su và PANi gây ra giảm cơ tính khi hàm lượng PANi quá cao, tuy nhiên graphit đóng vai trò làm chất độn gia cường, cải thiện sự phân tán và liên kết pha, từ đó nâng cao cơ tính vật liệu.

Phân tích góc thấm ướt cho thấy vật liệu có khả năng chống thấm nước tốt, phù hợp với yêu cầu sử dụng trong môi trường khắc nghiệt. Độ bền nhiệt của vật liệu được điều chỉnh thông qua tỷ lệ PANi và graphit, giúp vật liệu có thể ứng dụng trong các điều kiện nhiệt độ cao.

Khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu được minh họa qua biểu đồ hấp thụ sóng radar, thể hiện rõ sự phụ thuộc vào thành phần PANi và graphit. Việc sử dụng cấu trúc mạch cộng hưởng và các nguyên lý hấp thụ sóng điện từ đa lớp giúp mở rộng dải tần hấp thụ và tăng hiệu suất hấp thụ.

Các kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vật liệu hấp thụ sóng điện từ sử dụng polyme dẫn điện và vật liệu từ, đồng thời mở rộng ứng dụng của cao su tự nhiên trong lĩnh vực công nghệ cao.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn PANi và graphit: Để đạt được cân bằng giữa cơ tính và khả năng hấp thụ sóng điện từ, nên duy trì hàm lượng PANi khoảng 15% và graphit khoảng 30%, như mẫu RSS5 đã chứng minh hiệu quả.

2. Nâng cao độ bền nhiệt: Nghiên cứu bổ sung các chất phụ gia hoặc phương pháp lưu hóa mới nhằm tăng độ bền nhiệt lâu dài của vật liệu, đáp ứng yêu cầu sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao.

3. Cải thiện tính đồng nhất pha: Áp dụng các kỹ thuật trộn hợp tiên tiến hoặc sử dụng chất tương hợp để tăng cường sự phân tán và liên kết giữa các pha, từ đó nâng cao cơ tính và tính ổn định của vật liệu.

4. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng: Thử nghiệm vật liệu trong các điều kiện thực tế như che chắn radar, vật liệu chống nhiễu sóng điện từ trong quân sự và công nghiệp, đồng thời phát triển dạng vật liệu dạng sơn phủ hoặc tấm mỏng.

5. Phát triển quy trình sản xuất quy mô lớn: Xây dựng quy trình sản xuất công nghiệp với kiểm soát chất lượng chặt chẽ, đảm bảo tính đồng nhất và hiệu suất của vật liệu khi ứng dụng thực tế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và kỹ sư vật liệu: Có thể áp dụng kiến thức về chế tạo vật liệu composite hấp thụ sóng điện từ, phát triển các sản phẩm mới trong lĩnh vực vật liệu polymer và điện từ.

2. Doanh nghiệp sản xuất cao su và vật liệu polymer: Nắm bắt công nghệ mới để nâng cao giá trị sản phẩm, mở rộng ứng dụng cao su tự nhiên trong các lĩnh vực công nghệ cao.

3. Ngành quân sự và an ninh: Ứng dụng vật liệu hấp thụ sóng điện từ trong thiết kế thiết bị che chắn radar, giảm khả năng phát hiện và tăng tính bảo mật.

4. Cơ quan quản lý và phát triển công nghệ: Tham khảo để xây dựng chính sách hỗ trợ nghiên cứu và phát triển vật liệu mới, thúc đẩy công nghiệp vật liệu trong nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ là gì?
   Vật liệu hấp thụ sóng điện từ (RAM) là vật liệu có khả năng giảm thiểu sóng điện từ phản xạ trở lại, thường dùng để che chắn sóng radar hoặc giảm nhiễu sóng trong các thiết bị điện tử.

2. Tại sao chọn cao su tự nhiên làm nền vật liệu?
   Cao su tự nhiên có tính đàn hồi, bền môi trường và giá thành hợp lý, đồng thời là nguồn nguyên liệu tái tạo, phù hợp với xu hướng phát triển vật liệu thân thiện môi trường.

3. Vai trò của Polyaniline trong vật liệu là gì?
   Polyaniline là polyme dẫn điện, giúp tăng khả năng tổn hao điện của vật liệu, cải thiện hiệu suất hấp thụ sóng điện từ, đặc biệt ở dải tần thấp.

4. Graphit ảnh hưởng thế nào đến vật liệu?
   Graphit làm tăng độ dẫn điện và cơ tính của vật liệu, giúp cải thiện độ bền kéo đứt và độ dãn dài, đồng thời tăng khả năng hấp thụ sóng điện từ ở dải tần cao.

5. Khả năng ứng dụng của vật liệu này ra sao?
   Vật liệu có thể ứng dụng trong lĩnh vực quân sự để che chắn radar, trong công nghiệp điện tử để giảm nhiễu sóng, và trong các sản phẩm đòi hỏi tính năng hấp thụ sóng điện từ cao.

Kết luận

• Đã chế tạo thành công vật liệu hấp thụ sóng điện từ dựa trên cao su tự nhiên phối hợp với Polyaniline và graphit, đạt hiệu suất hấp thụ trên 90% trong dải tần 12-18 GHz.
• Hàm lượng PANi và graphit ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất cơ lý, nhiệt và khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu.
• Mẫu vật liệu tối ưu có 30% graphit và 15% PANi, lưu hóa ở 150°C trong 17 phút, đạt độ bền kéo đứt trên 10 MPa và khả năng hấp thụ sóng radar cao.
• Vật liệu có khả năng kỵ nước tốt, phù hợp với các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu hấp thụ sóng điện từ thân thiện môi trường, có tiềm năng ứng dụng trong quân sự và công nghiệp cao cấp.

Hành động tiếp theo: Tiếp tục nghiên cứu cải tiến vật liệu về độ bền nhiệt và cơ tính, mở rộng ứng dụng thực tế, đồng thời phát triển quy trình sản xuất công nghiệp. Đề nghị các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm phối hợp để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi vật liệu này.