Radar soğurucu kompozit malzeme üretimi
Synthesis of radar absorbing composite materials
Yazar: YÜKSEL AKINAY
Danışman: DOÇ. DR. FATİH HAYAT
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Son zamanlarda, gizlilik teknolojisi, elektromanyetik kirlilik, telekomünikasyon ve
diğer uygulamalarda kullanılmak üzere radar absorblayıcı (soğurucu) kompozitler
üzerinde çok yaygın çalışmalar yapılmaktadır. Bu nedenle, mikrodalga absorblayıcı
kompozitlere olan ihtiyaç sürekli artmaktadır. Bu çalışmada, nanopartikül takviyeli
polivinil butiral (PVB) ve epoksi matrisli kompozitlerin mikrodalga absorblama
özellikleri 1-14 GHz frekans aralıklarında incelenmiştir. Nanopartikül olarak 10-100
nm boyutlarındaki BaTiO3, NiFe2O4 ve Fe3O4 nanotozları tercih edilmiştir.
Nanopartiküller epoksi matrisi için aseton çözeltisi içerisinde ultrasonik prop
homojenizatör ile karıştırılmış ve ardından epoksi ile sertleştiricisi karışıma ilave
edilmiştir. Yeterli karışım sağlandıktan sonra çözelti teflon kalıplara dökülmüştür. Her
bir nanopartikül, epoksi matrisine ağırlıkça %5, %10 ve %15 oranlarında takviye
edilmiştir. Nanopartikül katkılı PVB matrisli kompozitlerin üretimi için, PVB tozları
etanol içerisinde çözdürülüp oluşan çözelti ultrasonik prob karıştırıcı ile
karıştırılmıştır. Daha sonra ağırlıkça %5, %10 ve %15 oranlarında nanopartikül
takviyeleri yapılmıştır. Ayrıca PANI etkisinin incelenmesi için nanopartiküller PANI
ile kaplanıp yine aynı metotta ve ağırlıkça %15 oranında PVB matrisine katılmıştır.
Son olarak her PVB marisli kompozitin karışımı da teflon kalıplara dökülmüştür.
Sonuçta, (i) epoksi matrisli %5, %10 ve %15 oranında nanopartikül takviyeli, (ii) PVB
matrisli %5, %10 ve %15 oranında nanopartikül takviyeli, (iii) PVB matrisli %15
oranında PANI ile kaplanmış nanopartikül takviyeli kompozitler üretilmiştir.
Kompozitlerin kompleks permitivite (dielektrik) (ε∗) ve permeabilite (manyetik
geçirgenlik) (μ∗) değerleri vektörel network analizör (Keysight N9926A) cihazı ile 1-
14 GHz frekans aralığında hesaplanmıştır. Kompleks permitivite ve permeabilite
değerleri ile kompozitlerin yansıma kaypları (RL) farklı kalınlıklar için hesaplanmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre, BaTiO3 nanopartikül takviyeli PVB matrisli kompozitler
X-bandında ince kaplama kalınlıklarında en iyi absorbans özellikleri göstermiştir.
Ancak artan frekans ve kalınlık değerleri için en iyi mikrodalga absorblama özelliğini
Fe3O4 nanopartikül takviyeli PVB matrisli kompozitler göstermiştir. Bununla birlikte,
PANI ile modifiye edilmiş NP katkısı ile kompozitlerin bant genişliğinde belirgin artış
olmuş ancak minimum RL değerlerinde kısmen bir azalma görülmüştür. %15 NP
katkılı hem epoksi hem de PVB matrisli kompozitlerin potansiyel radar absorblayıcı
kompozitler olarak kullanılabilecekleri görülmüştür.

Anahtar Sözcükler : Yansıma kaybı, nanokompozit, mikrodalga absorblama,
dielektrik, manyetik geçirgenlik.

Abstract:
In recent years, Radar absorbing materials (RAMs) have been comprehensively
studied because of explosive requirement in stealth technology, electromagnetic
pollution and other commercial application. Therefore, there is strong demand on
developing microwave absorbing composites. In this direction, the microwave
absorption properties of Epoxy/Nanoparticles (NP), PVB/NPs and PVB/PANI-coated
NPs were investigated and compared in the 1– 14 GHz. BaTiO3, NiFe2O4 and Fe2O4
with the particle size ranging 10–100 nm were used as nanoparticles. For epoxy matrix
nanocomposites, the NPs were dissolved in acetone solution via probed homogenizer
for producing fine solution dispersion and this mixture was added to the initial weighed
epoxy resin and mixed again via probed homogenizer. After the stirring process, the
solutions were casted in Teflon molds and the moldings were taken into a vacuum
oven. For PVB matrix nanocomposites, PVB powders were dissolved in ethanol by
Ultrasonic Probe Sonicator and a clear and homogeneous solution was obtained. The
initial weighed NPs were added to PVB solution and stirred under constant stirring.
Each nanoparticle was added to PVB and epoxy matrix with ratios of 5, 10 and 15%wt
NP. However, these nanoparticles were coated with polyaniline (PANI) and added to
PVB matrix with ratios of 15%wt NP. Finally, the solutions were casted in Teflon
molds. For PANI effect, the NPs were coated with PANI and PANI-coated NPs were
added to PVB solution under constant stirring. Hence, (i) Epoxy matrix with ratios of
5, 10 and 15%wt NP, (ii) PVB matrix with ratios of 5, 10 and 15%wt NP, (iii) PVB
matrix with 15%wt PANI-coated NP were synthesis. The complex permittivity (ε∗)
and permeability (μ∗) of the nanocomposites have been measured at different
microwave frequencies in 1–14 GHz employing vector network analyzer (Keysight
N9926A). The reflection loss (RL) of composites was calculated and evaluated using
theory of the absorbing wall. The obtained results show that the maximum absorbing
values of PVB nanocomposite filled with BaTiO3 shift towards higher frequency with
decreasing the specimens' thickness. However, PVB nanocomposite filled with Fe3O4,
exhibits highest absorbing properties with increase of specimen thickness. On the other
hand, the results demonstrate that a wider absorption range was obtained by adding
PANI. Finally, both PVB and epoxy matrix nanocomposites filled with 15%wt NPs
have potential application for microwave and radar absorptions.

Key Word : Reflection Loss, nanocomposite, microwave absorbing, permittivity,
permeability.