Nikel elektro kaplamanın karbon fiberin elektromanyetik girişim kalkanlama özelliğine etkisi
Effect of nickel electro plated carbon fiber on electromagnetic interference shielding
Yazar: DİLARA İRGİN
Danışman: DOÇ. DR. EBRU SARALOĞLU GÜLER
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Savunma Teknolojileri ve Sistemleri Ana Bilim Dalı / Savunma Platformları Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Elektronik sistemler ve cihazlar üzerinde sorunlar yaratabilen elektromanyetik girişime çözüm olabilecek kalkanlama yöntemleri üzerindeki çalışmalar teknolojinin gelişimi ile beraber hız kazanmıştır.  Elektromanyetik kalkanlama; kalkanlama malzemesinin kaynak ile alıcı arasına yerleştilererek yayılan elektromanyetik dalgayı yansıtması veya azaltması olarak tanımlanabilir. Kalkanlama malzemesi iletkenliklerinden ötürü genellikle metallerdir, ancak ağırlıklarının ve maliyetlerinin fazla olması gibi sebeplerden ötürü yeni nesil malzemeler üzerinde çalışılmaktadır. Özellikle son yıllarda sahip olduğu mekanik ve elektriksel avantajlarından dolayı karbon fiber malzemeler geniş bir kullanım alanına sahiptir. Savunma sanayi, otomotiv sanayi, havacılık ve uzay karbon fiberin kullanıldığı sektörlerin başında gelmektedir. Karbon fiberlerin iletkenliklerini arttırabilmek adına metalik kaplamalar yapılabilmektedir. Bu çalışmada PAN (Poliakrilonitril) esaslı karbon fiber kumaşlar farklı akım yoğunluğu ve sürelerde Ni elektro kaplama ve Ni akımsız kaplama yapılarak 300-1500 MHz, 2170-3300 MHz, 3300-4900 MHz olmak üzere toplam 3 ayrı frekans aralığında kalkanlama özellikleri ve mikro yapı görüntüleri incelenmiştir. Ni kaplamanın EMI ekranlama etkinliğini 3 ayrı frekans aralığında da arttırdığı gözlemlenmiştir. 8,7 A/dm2 akım yoğunluğu ve 30 dk süreyle Ni elektro kaplama yapılan numune 300-1500 MHz ve 3300-4900 MHz frekans aralıklarında en iyi ekranlama etkinliği gösterirken, 2170-3300 MHz frekans aralığında akımsız kaplama yöntemiyle Ni kaplanan karbon fiber numune en iyi ekranlama etkinliğini göstermiştir. Kaplamasız karbon fiber numune 300-1500 MHz frekans aralığında ortalama olarak 18 dB ekranlama etkinliğine sahipken, 8,7 A/dm2'de 30 dk süreyle yapılan elektro kaplamada ekranlama etkinliği 54 dB olarak ölçülmüştür. 2170-3300 MHz frekans aralığında akımsız kaplama yöntemiyle Ni kaplama karbon fiber numunenin ekranlama etkinliğini 32 dB arttırmıştır. 3300-4900 MHz frekans aralığında ise 8,7 A/dm2 akım yoğunluğu ve 30 dk süreyle Ni kaplanan karbon fiber numune en iyi ekranlama etkinliğini gösterirken, Ni kaplama ekranlama etkinliğini 36 dB arttırmıştır. EMI koruma davranışında yer alan mekanizmayı anlayabilmek adına soğurma ve yansıma değerleri hesaplanmıştır. EMI ekranlama davranışında soğurma mekanizmasının baskın olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Studies on shielding methods that can be a solution to electromagnetic interference that can cause problems on electronic systems and devices have gained momentum with the development of technology. Electromagnetic shielding; It can be defined as the reflection or absorption of the emitted electromagnetic wave by placing the shielding material between the source and the receiver. Shielding materials are generally metals due to their conductivity, but due to their weight and cost, new generation materials are being studied. Especially in recent years, carbon fiber materials have a wide range of uses due to their mechanical and electrical advantages. Defense industry, automotive industry, aviation and space are among the sectors where carbon fiber is used. Metallic coatings can be made in order to increase the conductivity of carbon fibers. In this study, shielding properties and microstructure images of PAN-based carbon fiber fabrics were investigated in a total of different 3 frequency ranges, 300-1500 MHz, 2170-3300 MHz, 3300-4900 MHz, by applying Ni electroplating at different current densities and durations and Ni electroless plating. It has been observed that the Ni coating increases the EMI shielding efficiency in 3 different frequency ranges. While the sample with Ni electroplating for a current density of 8,7 A/dm2 and 30 minutes showed the best shielding efficiency in the frequency ranges of 300-1500 MHz and 3300-4900 MHz, the carbon fiber sample that was coated with Ni with electroless coating method in the frequency range of 2170-3300 MHz showed the best shielding efficiency. While uncoated carbon fiber had an average of 18 dB shielding efficiency at 300-1500 MHz frequency, the shielding efficiency was 54 dB of Ni electroplated carbon fiber at 8,7 A/dm2 and 30 minutes. In the frequency range of 2170-3300 MHz, electroless Ni plating increased the shielding efficiency by 32 dB. In the frequency range of 3300-4900 MHz, carbon fiber sample with 8,7 A/dm2 current density and 30 minutes Ni electroplating showed the best shielding efficiency, Ni coating increased the shielding efficiency by 36 dB. Absorption and reflection values were calculated in order to understand the mechanism involved in the EMI shielding behavior. It has been determined that the absorption mechanism is dominant in the EMI shielding behavior.