Microwave Absorption Properties of a Composite Material Based on Polyvinyl Chloride and Yttrium Iron Garnet

Abstract

У цьому дослідженні повідомляється про виготовлення гнучких полівінілхлоридних композитних плівок із вбудованим залізо-ітрієвим гранатом та аналіз їх мікрохвильових властивостей. Плівки товщиною 0,25 мм створювали за допомогою температурного пресування при 175 °С і 10 МПа з концентрацією наповнювача залізо-ітрієвого гранату від 0,2 до 30 мас. % та дибутилфталату, як пластифікатора. Як феритовий порошок, так і виготовлені плівки були охарактеризовані за допомогою СЕМ, ТГА, ПРСА та Фур’є-ІЧС. Аналіз SEM показав, що феритовий порошок Y3Fe5O12 складається з агломерованих, майже сферичних кристалітів. EDX-аналіз підтвердив наявність лише ітрію, заліза та кисню, що свідчить про високу чистоту зразка. Термогравіметричний аналіз продемонстрував високу термостабільність фериту Y3Fe5O12, втрата маси складала лише 1,42 % при нагріванні від 25 до 900 °C. За даними дифракційного експерименту встановлено, що досліджуваний зразок є однофазним і має високий ступінь кристалічності. З ІЧ-спектру фериту ітрію Y3Fe5O12 встановлено, що в діапазоні 550–680 см – 1 спостерігаються три інтенсивні смуги поглинання при 566 см – 1, 610 см – 1 і 656 см – 1, характерні для асиметричних валентних коливань Fe-O тетраедричної групи FeO4. Аналіз спектрів плівок показує присутність ПВХ і фериту завдяки їх чітким характерним спектральним смугам. Встановлено, що присутність фериту в композиті може викликати зміщення положення деяких характерних для полімера смуг. Мікрохвильові вимірювання виявили дуже низькі втрати на проходження – (0,1-0,3) дБ і незначне відбиття. Втрати на відбиття були в діапазоні від –19,3 до –23,7 дБ, демонструючи нерівномірну зміну від концентрації фериту: втрати спочатку зростали зі збільшенням вмісту фериту, потім зменшувалися, а потім знову збільшувалися.

This study reports the fabrication of the flexible polyvinyl chloride composite films embedded with yttrium iron garnet and analysis of their microwave properties. The films with 0.25 mm thickness were created using temperature pressing at 175°C and 10 MPa, with yttrium iron garnet filler concentrations ranging from 0.2 to 30 wt % and dibutyl phthalate used as a plasticizer. Both the ferrite powder and manufactured films were characterized using SEM, TGA, PXRD, and FTIR. SEM analysis showed that the Y3Fe5O12 ferrite powder consists of agglomerated, near-spherical crystallites. EDX analysis confirmed the presence of only yttrium, iron, and oxygen, indicating high purity of the sample. Thermogravimetric analysis demonstrated high thermal stability of Y3Fe5O12 ferrite, mass loss was only 1.42 % when heated from 25 to 900 °C. According to the diffraction experiment, it was found that the studied sample is single-phase and has a high degree of crystallinity. From the IR spectrum of yttrium ferrite Y3Fe5O12, it was found that in the range of 550-680 cm – 1, three intense absorption bands are observed at 566 cm – 1, 610 cm – 1, and 656 cm – 1, which are characteristic of asymmetric stretching vibrations of Fe-O of the tetrahedral group FeO4. Analysis of the films spectra shows the presence of PVC and ferrite due to their distinct characteristic spectral bands. It has been found that the presence of ferrite in the composite can cause a shift in the position of some characteristic polymer bands. Microwave measurements revealed very low transmission losses, – (0.1-0.3) dB and negligible reflection. Reflection losses were in the range from – 19.3 to – 23.7 dB, exhibiting an irregular variation with ferrite concentration: losses initially increased with increasing ferrite content, then decreased, and subsequently increased again.