УСТРОЙСТВО С УПРАВЛЯЕМОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ

Полезная модель относится к устройствам с управляемой диэлектрической проницаемостью, которые могут быть использованы при выравнивании электромагнитных полей в конденсированной среде, управлении направлением распространения оптического излучения и в других приложениях.
Известно устройство [RU 2399938, С2, G02B 26/10, 20.09.2010], состоящее из ячеек, содержащих каждая зеркало, деформируемый электрическим полем элемент, закрепленный на основании, электроды, нанесенные на противоположные друг другу поверхности упомянутого элемента и подключенные к источнику переменного напряжения, при этом, каждый упомянутый элемент состоит из двух диэлектрических призм, соединенных гипотенузной гранью и имеющих одинаковые диэлектрические проницаемости, причем, одна из призм не подвержена электростатической деформации, а зеркало закреплено на содержащей электрод катетной грани деформируемой электростатически призмы.
Недостатком устройства является его относительно высокая сложность и наличие высоких требованием к точности юстировки оптической схемы.
Известен также способ и соответствующее ему устройство получения решетки диэлектрической проницаемости в приповерхностном слое материала путем воздействия на него когерентного поляризованного импульсного лазерного излучения [RU 2278402, С2, G02B 5/18, 20.06.2006], в котором при воздействии когерентного поляризованного импульсного лазерного излучения обеспечивают возбуждение поверхностных фонон-поляритонов, взаимодействующих с ним с образованием интерференционной картины, и записывают соответствующую ей решетку рельефа таким образом, что обеспечивается изменение действительной части диэлектрической проницаемости и, соответственно, показателя преломления на границе раздела для поверхностных фонон-поляритонов, приводящее к образованию решетки диэлектрической проницаемости в приповерхностном слое материала.
Недостатком этого технического решения является приборная сложность реализации такого способа, относительно узкая область применения способа и обусловленные этим относительно узкие функциональные возможности соответствующего ему устройства, что не позволяет его использовать для оперативного управления диэлектрической проницаемостью более толстого слоя материала для более широкой области спектра в конкретных приборах.
3
3
3
4
12
3
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство [RU 2540412, С2, С08К 9/02, 10.02.2015], содержащее слой материала в виде композиции приемлемой для выравнивания напряженности электрического поля и содержащая полимерный материал и материал наполнителя, диспергированный в полимерном материале, при этом, материал наполнителя содержит неорганические частицы и дискретно распределенный проводящий материал, причем, по меньшей мере, часть проводящего материала находится в устойчивом электрическом контакте с неорганическими частицами за счет прикрепления или нанесения проводящего материала на неорганические частицы, и часть проводящего материала диспергирована в полимерном материале, при этом композиция имеет значение относительной диэлектрической проницаемости, которое изменяется нелинейным образом при изменении приложенного напряжения, а неорганические частицы выбраны из группы, состоящей из частиц BaTiO, частиц BaSrTiO, частиц CaCuTiO, частиц SrTiO и их смесей. В частном случае проводящий материал в композиции выбран из группы, состоящей из угольной сажи, углеродных нанотрубок, углеродных нанокластеров, графита, изоляционных частиц, имеющих проводящие покрытия, металлов, таких как серебро, золото, палладий и алюминий, и сплавов таких металлов, и их комбинаций.
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что, изменение диэлектрической проницаемости обеспечивается нелинейным образом при изменении приложенного напряжения, а также тем, что предложенная оптическая среда обладает высоким поглощением падающего внешнего электромагнитного излучения. При этом, работа такого устройства чувствительна к низкочастотным внешним электромагнитным излучениям, что снижает помехозащищенность устройства.
В практических приложениях зачастую необходимо производить изменения диэлектрической проницаемости не только линейно, а и по более сложной зависимости.
Задачей, которая решается в предлагаемой полезной модели, является создание простого устройства с регулируемой диэлектрической проницаемостью, нечувствительного к воздействию низкочастотного электромагнитного излучения.
Требуемый технический результат, который обеспечивается при использовании заявляемого устройства, заключается в упрощении устройства и управлении его диэлектрической проницаемостью, а также в расширении функциональных возможностей путем обеспечения возможности изменения диэлектрической проницаемости по заданной функциональной зависимости.
2
2
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, выполненное в виде слоя композиционного материала, согласно полезной модели, в устройство введена группа управляемых по частоте и мощности излучения лазерных светодиодов, размещенных непосредственно у поверхности слоя композиционного материала с возможностью воздействия на него своим излучением, причем, композиционный материала выполнен оптически прозрачным и содержащим углеродные наночастицы, которые используют в количестве от 0,001% масс до 1% масс, а лазерные светодиоды выполнены с возможностью формирования электромагнитного излучения в диапазоне от 300 нм до 2000 нм с плотностью мощности излучения от 5 мВт/мм до 5 Вт/ мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве оптически прозрачного композиционного материала используют прозрачный полимерный эластомер с высокой диэлектрической проницаемостью.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве прозрачного полимерного эластомера с высокой диэлектрической проницаемостью используют силиконовый каучук.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве углеродных наночастиц используют фуллерены или углеродные наночастицы фуллероидного типа тороидальной формы.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, слой оптически прозрачного композиционного материала, содержащего углеродные наночастицы, выполнен в форме плоской пластины толщиной от 1 мм до 20 мм.
На чертеже представлен пример конструктивного выполнения устройства с управляемой диэлектрической проницаемостью.
Устройство с управляемой диэлектрической проницаемостью содержит слой 1 оптически прозрачного полимерного композиционного материала, содержащего углеродные частицы, а также группу лазерных светодиодов, выполненных в виде панели 2 управляемых по частоте и мощности излучения лазерных светодиодов 3, непосредственно расположенных над слоем композиционного материала с возможностью воздействия на него своим излучением.
2
2
В оптически прозрачном полимерном композиционном материале углеродные наночастицы используют в количестве от 0,001% масс до 1% масс, а лазерные светодиоды выполнены с возможностью формирования электромагнитного излучения в диапазоне от 300 нм до 2000 нм с плотностью мощности излучения от 5 мВт/мм до 5 Вт/мм.
2
2
В качестве полимерной матрицы композиционного материала может быть использован оптически прозрачный силиконовый каучук, в качестве углеродных наночастиц могут быть использованы фуллерены или углеродные наночастицы фуллероидного типа тороидальной формы, а сам слой композиционного материала, содержащего углеродные наночастицы, может быть выполнен в форме плоской пластины толщиной от 1 мм до 20 мм Углеродные наночастицы используют в количестве от 0,001% масс до 0,2% масс, причем, использование количества менее 0,001% масс резко снижает диапазон изменений значений диэлектрической проницаемости, а более 1% масс делает композиционный материал непрозрачным. Аналогично использование светодиодов с длиной волны меньше 300 нм приводит к сильному поглощению излучения светодиодов, также, как и для длин волн больших 2000 нм, причем, при плотности мощности излучения меньше 5 мВт/мм диапазон регулирования значений диэлектрической проницаемости резко падает, а свыше 5 Вт/мм происходит перегрев прозрачного композита и необратимое изменение его свойств. Экспериментально подтверждено, что выполнение слоя композиционного материала, содержащего углеродные наночастицы, в форме плоской пластины толщиной от 1 мм до 20 мм, является наиболее приемлемым, поскольку использование более тонких пластин не обеспечивает эксплуатационную надежность устройства, а более толстые пластины приводят к неоправданному расходу материала и неоправданному повышению его массогабаритных размеров.
Работает устройство с управляемой диэлектрической проницаемостью следующим образом:
При изменении частоты и мощности излучения лазерных светодиодов 3, размещенных на панели 2 и непосредственно расположенных над слоем 1 прозрачного композиционного материала, содержащего углеродные наночастицы, происходит нагрев, в первую очередь, углеродных наночастиц, обладающих сильным поглощением. Области полимера, расположенные вблизи поверхности углеродных наночастиц размягчаются и структурируются под действием сильных электромагнитных полей, возникающих вблизи углеродных наночастиц фуллероидного типа, при этом, меняются диэлектрические характеристики этих областей. Изменение длины волны лазерных светодиодов и их мощности меняет размеры и форму областей, поглощающих их излучение, тем самым изменяя среднюю толщину слоя с измененными диэлектрическими характеристиками. Эти эффекты чувствительны только к излучению лазерных светодиодов с длиной волны от 300 нм до 2000 нм, что обеспечивает отсутствие чувствительности к внешним низкочастотным электромагнитным полям. Экспериментальные исследования подтвердили возможность изменения диэлектрической проницаемости по достаточно сложным зависимостям, например, во времени, при изменении частоты и мощности излучения.
Таким образом, благодаря, введению дополнительного арсенала технических средств обеспечивается достижение требуемого технического результата, заключающегося в упрощении устройства и управлении его диэлектрической проницаемостью, а также в расширении функциональных возможностей путем обеспечения возможности изменения диэлектрической проницаемости по заданной функциональной зависимости и в снижении чувствительности устройства к внешним низкочастотным электромагнитным полям.