تاثیر اندازه حفره‌ها و توزیع اندازه حفره‌ها بر ثابت دی الکتریک اسفنج پلی استایرن انبساطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری،دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد،دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 استادیار،دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

4 دانشجوی کارشناسی ارشد،دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

پلیمرها کمترین ثابت‌ دی‌الکتریک را در بین مواد دارا هستند زیرا بطور عمده فاقد ممان دوقطبی مغناطیسی، ساختار غیرقطبی الکتریکی، ریزساختار بی‌شکل و وزن مخصوص کم (تراکم مولکولی کمتر) هستند. این خواص پلیمرها باعث شده به شدت مورد توجه صنایع برق، مخابرات و ارتباطات قرار گیرند. همچنین تهیه اسفنج از مواد پلیمری، روشی بسیار مؤثر برای کاهش بیشتر ثابت دی‌الکتریک آن‌ها است. فناوری تهیه مواد با ثابت‌های دی‌الکتریک دلخواه در طراحی و ساخت تجهیزات مخابراتی از جمله بازتابنده‌ها، لنزهای فرنل و لوئنبرگ و غیره کاربرد دارد. هدف این مقاله بررسی تأثیر مورفولوژی اسفنج‌های پلی‌استایرن انبساطی بر ثابت دی‌الکتریک می‌باشد که نسبت چگالی جریان جابجایی امواج الکترومغناطیس به چگالی جریان هدایتی امواج درمحیط تلف‌دار است. نمونه‌های اسفنج پلی‌استایرن انبساطی با میزان تخلخل، ضخامت دیواره حفره‌ها، میانگین اندازه حفره‌ها متفاوت و همگنی و ناهمگنی با استفاده از کوره تهیه شد و ساختار حفره‌ها، مشخصات دی‎الکتریک اسفنج‌ها به ترتیب با میکروسکوپ الکترونی روبشی، دستگاه تحلیل‌گر شبکه‌ای برداری و آنتن شیپوری لنزدار با استفاده از روش اندازه‌گیری دی‌الکتریک به روش فضای آزاد بررسی شدند. اثر اندازه حفره اسفنج‌های پلی‌استایرن در چگالی‌های برابر و متفاوت بر ثابت دی‌الکتریک در این مقاله بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد، میانگین قطر حفره‌ها در چگالی‌های متفاوت با افزایش چگالی، افزایش نشان می‌دهد و ثابت دی‎الکتریک نیز افزایش می-یابد. در حالیکه در نمونه‌های با چگالی برابر با افزایش قطر حفره‌ها، ثابت دی‌الکتریک کاهش ظریف‌تری را نشان می‌دهد. در عین حال در چگالی برابر، نمونه اسفنج با توزیع همگن‌تر اندازه حفره‌ها دارای ثابت دی‌الکتریک کمتری نسبت به نمونه اسفنج با توزیع ناهمگن‌تر اندازه حفره‌ها است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Cell Size and Cell Distribution on Dielectric Constant of Expanded Polystyrene Foam

نویسندگان [English]

  • Daruosh Goudarzi 1
  • Seid Mohammad Hossaini 2
  • Mohammad Reza Pourhossaini 3
  • Mahmoud Razavizadeh 3
  • Mohammad Khabiri 3
  • Sajad Dare Khandan 4
1 PhD student, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
2 Master's degree, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
4 Master's student, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Polymers have the lowest dielectric constant among materials because they mainly lack magnetic dipole moment, electric non-polar structure, amorphous microstructure and low specific weight (lower molecular density). These properties of polymers have caused them to be highly regarded by the electricity, telecommunication and communication industries. Also, preparing foams from polymer materials is a very effective way to further reduce their dielectric constant. The technology of preparing materials with desired dielectric constants is used in designing and manufacturing telecommunication equipment, including reflectors, Fresnel and Luenberg lenses, etc. The purpose of this article is to investigate the effect of the morphology of expanded polystyrene foams on the dielectric constant, which is the ratio of the displacement current density of electromagnetic waves to the conduction current density of waves in a lossy medium. Expanded polystyrene foam samples with different porosity, cavity wall thickness, average cavity size, and homogeneity and heterogeneity were prepared using an oven, and the structure of cavities, dielectric characteristics of foams were analyzed with scanning electron microscope, vector network analyzer, respectively. and lensed trumpet antenna were investigated using dielectric measurement method in free space method. The effect of the size of the diameter of the holes of polystyrene foams in equal and different densities on the dielectric constant was investigated in this article. The results show that in expanded polystyrene foams, the dielectric constant does not necessarily decrease with the increase in the size of the sponge cavities, but sometimes the dielectric constant increases, so that, with the increase in density, the average size of the sponge cavities increases and the dielectric constant and the loss coefficient It has an increasing trend, but at porosity and density equal to the increase in the average size of the foam cavities, it causes a decrease in the dielectric constant and the loss coefficient. It has also been determined that the dielectric constant and loss coefficient of the homogeneous sample is lower than that of the heterogeneous sample.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dielectric constant
  • expanded polystyrene
  • morphology
  • average cell size
  • size distribution

Smiley face

 

مراجع

[1] Schellenberg, Jürgen, and Mario Wallis. ‘’Dependence of thermal properties of expandable polystyrene particle foam on cell size and density,’’ Journal of Cellular Plastics, 46, 209-222, 2012.
[2] Beverte, Ilze. ‘’Deformation of polypropylene foam Neopolen P in compression,’’ Journal of cellular plastics ,40, 191-204, 2004.
[3] Rodriguez-Sanchez, Alejandro E., et al. ‘’Numerical analysis of energy absorption in expanded polystyrene foams,’’Journal of Cellular Plastics ,56, 411-431, 2020.
[4] Wang, Gehuan, et al.’’Integrated multifunctional macrostructures for electromagnetic wave absorption and shielding,’’ Journal of Materials Chemistry A, 46 ,24368-24387, 2020.
[5] Raps, Daniel, et al.’’Past and present developments in polymer bead foams and bead foaming technology,’’ Polymer, 56, 5-19, 2015.
[6] Turner, Andrew. ‘’Foamed polystyrene in the marine environment: sources, additives, transport, behavior, and impacts,’’ Environmental Science & Technology, 54, ,10411-10420, 2020.
[7] Block, C., B. Brands, and T. Gude. ‘’Packaging Materials 2. Polystyrene for Food Packaging Applications—Updated Version,’’ International Life Sciences Institute ,13,321-336, 2017.
[8] Ramli Sulong, Nor Hafizah, Siti Aisyah Syaerah Mustapa, and Muhammad Khairi Abdul Rashid,’’Application of expanded polystyrene (EPS) in buildings and constructions: A review,’’ Journal of Applied Polymer Science ,136, 475-495, 2017.
[9] Bezborodov, V. I., et al. ‘’Differential phase sections based on form birefrigence in the terahertz frequency range,’’.Telecommunications and Radio Engineering ,74,43-59, 2015.
[10] X. Lei, L. Tong, H. Pan, G. Yang, X. Liu. ‘'Preparation of polyarylene ether nitriles/fullerene composites with low dielectric constant by cosolvent evaporation,’’ J. Mater. Sci. Mater. Electron,30 ,18297-18305, 2019.
[11] C. Yuan, K. Jin, K. Li, S. Diao, J. Tong, Q. Fang. ‘’Non-porous low-k dielectric films based on a new structural amorphous fluoropolymer,’’ Adv. Mater,25, 4875-4878, 2013.
[12] Wang, Lingling, et al. ‘’Low dielectric constant polymers for high speed communication network,’’ Advanced Industrial and Engineering Polymer Research ,34,138-148, 2020.
[13] Mateusz Barczewski، Czesław Kozakiewicz، Izabella Krucińska. ‘’The effect of foam morphology on dielectric properties of closed-cell foams based on high-density polyethylene,’’Polymer Testing,89,231-245, 2020.
[14]Yuqi Zhang، Yaoyao Yang، Yongji Xu، Kejian Chen’’Low-Dielectric Constant Foam Materials through Polymer Blends, ‘’Journal of Applied Polymer Science,49,321-420, 2020.
[15] Chen, Wenjing, et al. ‘’Electromagnetic and microwave absorption performance of Ni 0.4 Zn 0.4 Co 0.2 Fe 2 O 4/polymethacrylimide foam synthesized via polymerization,’’. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 30,16991-17002., 2019.
[16] J. Ding, R. Gong, L. Liu, L. Chang, X. Guo, and R. Yang. ‘’The electromagnetic properties of conducting fiber-foam composite,’’ in  World Automation Congress,78 , 1-5, 2008.
[17] T. Kuang, L. Chang, F. Chen, Y. Sheng, D. Fu, and X. Peng.’’Facile preparation of lightweight high-strength biodegradable polymer/multi-walled carbon nanotubes nanocomposite foams for electromagnetic interference shielding,’’ Carbon, 105, 305-313, 2016.
[18] Ma, Zhonglei, et al.‘’Mechanical and dielectric properties of microcellular polycarbonate foams with unimodal or bimodal cell-size distributions,’’ Journal of Cellular Plastics, 51 ,307-327, 2015.
[19] Wang, Lingling, et al. ‘’Ultralow dielectric constant polyarylene ether nitrile foam with excellent mechanical properties,’’Chemical Engineering Journal, 384, 123-231, 2020.
[20] Azdast, T., and R. Hasanzadeh . ‘’A review on principles and fundamentals of fabrication of polymeric foams in regards to increasing cell density/reducing cell size,’’Modares Mechanical Engineering, 19, 211-222, 2019.
[21] Xiao, Wei, et al. ‘’Strategy to enhance conductivity of polystyrene/graphene composite foams via supercritical carbon dioxide foaming process,’’ The Journal of Supercritical Fluids,142 ,52-63, 2018.
[22] Okolieocha, Chimezie, Daniel Raps, Kalaivani Subramaniam, and Volker Altstädt. ‘’Microcellular to nanocellular polymer foams: Progress (2004–2015) and future directions–A review,’’. European Polymer Journal ,73,500-519, 2015.
[23] Ahmad, Zulkifli.‘’Polymer dielectric materials,’’In Dielectric material. IntechOpen, 12,60-85,  2012.
[24] Trabelsi, S., Kraszewski, A. W., & Nelson, S. O. ‘’Phase-shift ambiguity in microwave dielectric properties measurements. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,’’ 49(1), 56-60, 2000.
[25] Büyüköztürk, O., Yu, T. Y., & Ortega, J. A. ‘’A methodology for determining complex permittivity of construction materials based on transmission-only coherent, wide-bandwidth free-space measurements,’’ Cement and Concrete Composites, 28(4), 349-359, 2006.
[26] Bao, J. B., Weng, G. S., Zhao, L., Liu, Z. F., & Chen, Z. R.’’Tensile and impact behavior of polystyrene microcellular foams with bi-modal cell morphology,’’ Journal of Cellular Plastics, 50(4), 381-393, 2014.
[27] Juntavee, N., & Attashu, S. ‘’Effect of sintering process on color parameters of nano-sized yttria partially stabilized tetragonal monolithic zirconia,’’ Journal of Clinical and Experimental Dentistry, 10(8), e794, 2018.
[28] Moeini, M.H,  Navid Famili, M.H,  Kayvan Forooraghi, K., Soltani Alkouh, M., & Mokhtari Motameni Shirvan, M. ‘’ Production of Polystyrene Open-celled Microcellular Foam in Batch Process by Super Critical CO2,’’ V23, 3(3), Pages 223-234, 2010.
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 12، شماره 2 - شماره پیاپی 29
پاییز و زمستان 1403
آبان 1403
صفحه 77-88

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 22 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری: 08 مهر 1403
  • تاریخ پذیرش: 01 آبان 1403
  • تاریخ انتشار: 16 آبان 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار