Espumas de carbono de origem sustentavél como material absorvedor de radiação eletromagnética na faixa de micro-ondas 8,2 - 12,4 (banda X)

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Diego Edissón Flórez Vergara
• Orientador(a): Maurício Ribeiro Baldan, Gisele Aparecida Amaral Labat
• Banca de defesa: Sergio Luiz Mineiro, Sandro Fonseca Quirino, Alan Fernando Ney Boss
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: This research worked on the synthesis and characterization of carbon foams from renewable nature, and their applicability in the aerospace sector as radar crosssection reduction (RCSR) through techniques such as; (i) radar absorbing material (RAM) and (ii) frequency selective surfaces (FSS). Due to the advance of modern electronics and integrated circuits, RAMs have found a gradual expansion in other sectors besides aeronautical and aerospace; such as, telecommunications, computing, automation, and medicine, where the demand for these materials has increased considerably in order to protect the systems and devices involved from electromagnetic interference that could compromise their operation and/or performance. To predetermine the final properties of the material that was being studied, It was subjected to a synthesis process performed by mixing the black liquor as the main precursor together with secondary precursors that aid in its curing process. Next, a pyrolysis process was carried out to obtain a material highly rich in carbon, for a later process of characterization of the material, having as an objective the description of its structure, composition, morphology and electromagnetic properties (in the frequency range of 8.2 to 12.4 GHz). To obtain the electromagnetic properties of the material, it was necessary to produce composite materials that were made by mixing the carbonaceous material with structural matrices of silicone rubber or epoxy resin, whose geometric shapes were defined by the responsible equipment for the electromagnetic analysis; in this case, a network vector analyzer (VNA N5230C PNA-L) with the calibration kit WR90 X11644A. Thus, the potential of the material for the RCSR was evaluated through; (I) type and concentration of the carbonaceous material, (II) porosity, (III) surface geometry, (IV) structural matrix and, (V) thickness of the composite materials. Therefore, can be concluded that for porous carbon in silicon rubber structural matrix, the most significant results were obtained for the samples with the highest concentrations of carbon (20%), thickness of 2 mm and porosity of 300 &#956;m < ø3 < 420 &#956;m, with an incident electromagnetic energy absorption of -33.34 dB at 9.87 GHz. For the porous carbon with the epoxy resin structural matrix, the most significant absorption was obtained for the samples with higher carbon concentrations (15%), thickness of 2 mm, porosity of 180 &#956;m < ø3 < 250 &#956;m, particle size of 250 < ø2 < 425 and without transformation to frequency selective surfaces, achieving an absorption of -18.86 dB at 11.79 GHz. Finally, for carbono+MnSO4.H2O with an epoxy resin structural matrix, the most significant absorption was obtained for the samples with the highest carbon concentrations (20%) and thickness of 2 mm and particle size of '3 > 63 &#956;m, achieving an absorption of -18.37 dB at 8.40 GHz.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/05.21.13.55

Este trabalho descreve a síntese e caracterização de espumas de carbono de natureza renovável e sua aplicabilidade no setor aeroespacial na redução da seção transversal do radar (Radar Cross Section Reduction - RCSR) através da seu uso como; (i) material absorvedor de radiação eletromagnética (MARE) e (ii) superfícies seletoras de frequência (Frequency Selective Surface - FSS). Na atualidade, devido ao avanço da eletrônica moderna e dos circuitos integrados, os MAREs têm encontrado uma expansão gradual em outros setores além do aeronáutico e aeroespacial, tais como; nas telecomunicações, na computação, automação e medicina, onde a demanda por estes materiais tem aumentado consideravelmente com o objetivo de proteger os sistemas e dispositivos envolvidos de interferências eletromagnéticas que possam comprometer o seu funcionamento e/ou desempenho. O material desenvolvido neste trabalho foi submetido a um processo de síntese realizado através da mistura do licor negro como precursor principal junto a precursores secundários que auxiliam no seu processo de cura e predeterminam algumas propriedades finais do material. Em seguida, é realizado um processo de pirólise para a obtenção de um material final altamente rico em carbono, para um posterior processo de caracterização do material, tendo por objetivo descrever a sua estrutura, composição, morfologia e propriedades eletromagnéticas na faixa de frequência de 8,2 à 12,4 GHz. No entanto, para a obtenção das propriedades eletromagnéticas do material, é necessário a produção de materiais compósitos que são feitos misturando o material carbonoso com matrizes estruturais de borracha de silicone ou resina epóxi, cujos formatos geométricos são definidos pelo equipamento responsável da analise, neste caso, o analisador vetorial de redes VNA (N5230C PNA-L) com kit de calibração WR90 X11644A. Assim, avaliou-se o potencial do material na redução da seção transversal do radar através de: (I) tipo e concentração do material carbonoso; (II) porosidade; (III) geometria superficial; (IV) matriz estrutural e; (V) espessura dos materiais compósitos. Pode se concluir assim que para o carbono poroso em matriz estrutural de borracha de silicone obtiveram-se como resultados mais significativos aqueles referentes às amostras com maiores concentrações de carbono (20%), espessura de 2 mm e porosidade de 300 &#956;m < ø3 < 420 &#956;m, conseguindo uma absorção da energia eletromagnética incidente de -33,34 dB em 9,87 GHz. Para o carbono poroso com matriz estrutural de resina epóxy, a absorção mais significativa foi obtida para as amostras com maiores concentrações de carbono (15%), espessura de 2 mm, porosidade de 180 &#956;m < ø3 < 250 &#956;m, tamanho de partícula de 250 < ø2 < 425 e sem transformação para superfícies seletoras de frequência, conseguindo uma absorção de -18,86 dB em 11,79 GHz. Finalmente, para o carbono+MnSO4.H2O com matriz estrutural de resina epóxy, a absorção mais significativa foi obtida para as amostras com maiores concentrações de carbono (20%), espessura de 2 mm e tamanho de partícula de '3 > 63 &#956;m, conseguindo uma absorção de -18,37 dB em 8,40 GHz.