III. 3 – RESULTADOS E DISCUSSÕES
III.3.2 Caracterização eletromagnética dos compósitos obtidos
O gráfico da Figura 19 apresenta as medidas da atenuação da energia da onda eletromagnética das três configurações do branco apresentadas na Figura 13, sem a deposição de cobre sobre o substrato polimérico de PET. Primeiramente pode-se observar que todos os compósitos apresentam algum valor de refletividade da energia da onda eletromagnética, entre -0,5 dB a -3,8 dB. A configuração com quatro (4) camadas de filme fino (1FC [2FV,1FF0nm]
maiores valores de atenuação, em relação às configurações com um (1) filme fino (1FC [5FV,1FF0nm]
1 5FV) e dois (2) filmes finos (1FC [3FV,1FF0nm]2 3FV), e também
apresenta duas regiões da curva com perfil banda curta, uma delas com máximo em torno de 8,6 GHz e outra com máximo em 11,9 GHz. O perfil banda curta também é visível na configuração do compósito com um (1) filme fino (1FC [5FV,1FF0nm]
1 5FV),
com máximo da ressonância em 9,5 GHz, e na configuração com dois (2) filmes finos (1FC [3FV,1FF0nm]
2 3FV), com provável máximo em frequências inferiores a 8,2
GHz.
Os dados do gráfico da Figura 19 mostram que sistemas multicamadas apresentam refletividade da energia da onda eletromagnética, mesmo sem a
presença de centros absorvedores de radiação eletromagnética. Este
comportamento, também denominado banda estreita ou ressonante (tipo N), se deve aos processos de interferência entre as ondas incidentes e refletidas, como descrito na Figura 5 (a) (REZENDE, 2000).
Figura 19 - Curva refletividade (dB) versus frequência (8,2-12,4 GHz) para compósito branco, configurações 1FC [5FV,1FF0nm]1 5FV, 1FC [3FV,1FF0nm]2 3FV e 1FC
[2FV,1FF0nm] 4 2FV.
O gráfico da Figura 20 apresenta as medidas da refletividade da energia da onda eletromagnética das três configurações dos compósitos, com filme fino absorvedor de radiação eletromagnética baseado em cobre, com 5nm de espessura. Em comparação ao branco (Figura 19), os compósitos com filme fino de 5nm apresentam um comportamento eletromagnético distinto para cada uma das três configurações, e demonstra que a deposição de uma camada de cobre com 5 nm de espessura altera a resposta eletromagnética do compósito.
A configuração com quatro (4) filmes finos (1FC [2FV,1FF5nm]
4 2FV) apresenta
um comportamento ressonante com intensidade máxima de -5,8 dB em 8,2 GHz, e outro comportamento ressonante com provável aumento de intensidade em frequências superiores a 12,4 GHz. As outras duas configurações dos compósitos,
1FC [5FV,1FF5nm]
1 5FV e configuração 1FC [3FV,1FF5nm]2 3FV, apresentam um
comportamento banda larga, com refletividade entre -0,1 dB a -0,6 dB.
Figura 20 - Curva de atenuação (dB) versus frequência (8,2-12,4 GHz) para compósitos nas configurações 1FC [5FV,1FF5nm]1 5FV, 1FC [3FV,1FF5nm]2 3FV e
1FC [2FV,1FF5nm] 4 2FV. 8 9 10 11 12 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 5 nm - 1FC [2FV,1FF5nm]4 2FV - 1FC [3FV,1FF5nm]2 3FV - 1FC [5FV,1FF5nm]1 5FV Frequência (GHz) Ate n u a ç ã o (d B)
O gráfico da Figura 21 apresenta as medidas da refletividade da energia da onda eletromagnética das três configurações dos compósitos, com filme fino absorvedor de radiação eletromagnética baseado em cobre, com 10 nm de espessura. Em comparação ao branco (Figura 19) e compósitos com filme fino de 5nm (Figura 20), os compósitos com filme fino de 10 nm apresentam um comportamento eletromagnético distinto para cada uma das três configurações. Esse comportamento demonstra que a deposição de uma camada de cobre com 10 nm de espessura altera a resposta, demonstrando um novo comportamento eletromagnético do compósito, em relação à espessura de 5nm e o branco.
A configuração com dois (2) filmes finos de 10 nm (1FC [3FV,1FF10nm]
2 3FV)
apresenta um comportamento com perfil em V (ressonante) e a maior refletividade entre as três configurações, com máximo de -2,7 dB em 9,6 GHz. A configuração com quatro (4) filmes finos de 10 nm (1FC [2FV,1FF10nm]
4 2FV) apresenta um
comportamento banda larga, com refletividade entre -0,5 dB (8,2 GHz) a -0,9 dB (12,4 GHz), e a configuração com dois (2) filmes finos de 10 nm (1FC [3FV,1FF10nm]
2
3FV) um comportamento com perfil em V, com máximo de -1,6 dB em 9 GHz, e o restante da curva com comportamento banda larga, entre -1,0 dB e -1,7 dB.
Figura 21 - Curva refletividade (dB) x frequência (8,2-12,4 GHz) para configurações
1FC[5FV,1FF10nm]
O gráfico da Figura 22 apresenta as medidas da refletividade da energia da onda eletromagnética das três configurações dos compósitos, com filme fino absorvedor de radiação eletromagnética baseado em cobre, com 15 nm de espessura. Em comparação ao branco (Figura 19) e compósitos com filme fino de 5nm (Figura 20) e filme fino de 10 nm (Figura 21), os compósitos com filme fino de 15 nm demonstra um novo comportamento eletromagnético do compósito, distinto para cada uma das três configurações.
A configuração com um (1) filme fino (1FC [5FV,1FF15nm]
1 5FV) apresenta um
comportamento com perfil em V (ressonante) com máximo de -10,8 dB em 9,3 GHz, e entre 8,5 GHz até 10,5 GHz, uma refletividade de no mínimo -2,0 dB. A configuração com dois (2) filmes finos (1FC [3FV,1FF15nm]2 3FV) apresenta em
média um comportamento banda larga, com uma ressonância de baixa intensidade (-1,8 dB em 9,6 GHz), e a configuração com quatro (4) filmes finos (1FC [2FV,1FF15nm]4 2FV) uma provável ressonância com máximo em frequências
inferiores a 8,2 GHz, bem como uma ressonância de baixa intensidade por volta de 11,3 GHz (-1,7 dB).
Figura 22 - Curva refletividade (dB) x frequência (8,2-12,4 GHz) para configurações
1FC[5FV,1FF15nm]
O gráfico da Figura 23 apresenta as medidas da refletividade da energia da onda eletromagnética das três configurações dos compósitos, com filme fino absorvedor de radiação eletromagnética baseado em cobre, com 20 nm de espessura. Assim como observado nos gráficos anteriores, a resposta eletromagnética é distinta para todas as três configurações em comparação ao branco (Figura 19), e compósitos com filme fino de 5nm (Figura 20), filme fino de 10 nm (Figura 21) e os compósitos com filme fino de 15 nm (Figura 22).
A configuração com um (1) filme fino de 20 nm (1FC [5FV,1FF20nm]
1 5FV)
apresenta um comportamento com perfil em V (ressonante) e a maior atenuação entre as três configurações, com máximo de -3,5 dB em 8,5 GHz. A configuração com quatro (4) filmes finos de 20 nm (1FC [2FV,1FF20nm]4 2FV) apresenta um
provável máximo de uma ressonância em frequências superiores a 12,4 GHz, e a configuração com dois (2) filmes finos de 20 nm (1FC [3FV,1FF20nm]
2 3FV) um
comportamento banda larga.
Figura 23 - Curva refletividade (dB) versus frequência (8,2-12,4 GHz) para compósitos nas configurações 1FC[5FV,1FF20nm]
1 5FV, 1FC [3FV,1FF20nm]2 3FV e
1FC [2FV,1FF20nm] 4 2FV.
O gráfico da Figura 24 apresenta as medidas da refletividade da energia da onda eletromagnética para a configuração do compósito com 1 filme fino (1FC [5FV,1FF]1 5FV), relativas ao branco e filmes finos com espessura de 5, 10, 15 e 20
nm. Os dados foram retirados dos gráficos das Figuras 19 a 23, e organizados em um único gráfico para facilitar a comparação. Excetuando o compósito com filme fino
de 5nm, todos com compósitos com a configuração 1FC [5FV,1FF]1 5FV apresentam
um comportamento da curva com perfil em V e seu máximo na banda X, indicados pelas setas vermelhas, comprovando que nos compósitos obtidos, o principal mecanismo de atenuação da energia da onda eletromagnética está ligado ao processo de interferência entre as ondas incidentes e refletidas.
Entre os compósitos obtidos, a maior refletividade foi observada para o compósito com espessura do filme fino de 15 nm (-10,8 dB) enquanto que os outros compósitos apresentam refletividade entre -0,2 dB a -4,0 dB. Os dados obtidos mostram que 5nm de diferença de espessura para um único filme fino no interior do compósito, para as espessuras estudadas, é capaz de mudar expressivamente sua resposta eletromagnética.
Figura 24 - Curva refletividade (dB) x frequência (8,2-12,4 GHz) para configurações
O gráfico da Figura 25 apresenta as medidas da refeltiviade da energia da onda eletromagnética para uma mesma configuração do compósito, com dois (2) filmes finos (1FC [3FV,1FF]2 3FV), relativas ao branco e filmes finos de 5, 10, 15 e
20 nm. Assim como o gráfico da Figura 24, os dados foram retirados dos gráficos das Figuras 19 a 23, e organizados em um único gráfico para facilitar a visualização comparativa.
Os compósitos 15 nm e 10 nm apresentam um máximo de ressonância na banda X, enquanto que o compósito branco apresenta um máximo tendendo a frequências inferiores a 8,2 GHz, indicados pelas setas vermelhas, comprovando que nesses compósitos o principal mecanismo de atenuação da energia da onda eletromagnética está ligado ao processo de interferência entre as ondas incidentes e refletidas. Os compósitos 5nm e 20 nm apresentam um comportamento banda larga. Os dados obtidos mostram que na configuração estudada, 5nm de diferença de espessura para dois filmes finos no interior do compósito, a resposta eletromagnética é alterada expressivamente.
Figura 25 - Curva refletividade (dB) x frequência (8,2-12,4 GHz) para configurações
O gráfico da Figura 26 apresenta as medidas da refletividade da energia da onda eletromagnética para uma mesma configuração do compósito, com quatro (4) filmes finos (1FC [2FV,1FF]4 2FV), relativas ao branco e filmes finos de 5, 10, 15 e
20 nm. Assim como os gráficos das Figuras 24 e 25, esses dados foram retirados dos gráficos das Figuras 19 a 23, e organizados em um único gráfico para facilitar a visualização comparativa. Os compósitos branco, 5nm e 15 nm apresentam um comportamento ressonante, com máximos indicados pelas setas vermelhas, e os compósitos 10 nm e 20 nm apresentam um provável máximo da ressonância em frequências superiores a 12,4 GHz. Além da dependência da resposta eletromagnética com a espessura dos filmes finos, todos os compósitos apresentam comportamento ressonante.
Figura 26 - Curva de refletividade (dB) versus frequência (8,2-12,4 GHz) para os compósitos na configuração 1FC [2FV,1FF]4 2FV, com filme fino nas espessuras de
III - CONCLUSÕES
A partir de um processo utilizado na indústria para fabricação de materiais compósitos avançados, envolvendo a utilização de tecidos pré-impregnados (fibras de vidro e carbono), saco de vácuo e auto-clave, foi possível obter compósitos estruturais atenuadores de radiação eletromagnética, pela intercalação de filmes finos do polímero poli(tereftalato etileno) entre as camadas de tecidos de fibra de vidro e carbono.
Todos compósitos obtidos, em quinze tipos diferentes, pela variação da quantidade de camadas de tecidos de fibra de vidro e carbono (três configurações), e filmes finos de cobre com diferentes espessuras (5, 10, 15 e 20 nm), mostraram pelas análises de microscopia óptica: ausência de delaminação após a cura em autoclave, ausência de porosidade aparente, e espessura final do compósito dentro dos valores recomendadas pelos fornecedores de tecidos pré-impregnados.
Todos os quinze compósitos apresentaram diferentes atenuações da energia da onda eletromagnética: a resposta de atenuação eletromagnética dos compósitos se mostrou dependente da espessura do filme fino de cobre utilizado, e para todas as espessuras utilizadas, de 5, 10, 15 e 20 nm, foram obtidas curvas de atenuação distintas. Igualmente, a resposta da atenuação eletromagnética dos compósitos também se mostrou dependente da configuração utilizada da quantidade de camadas de tecido de fibras de vidro, carbono e filmes finos de poli(tereftalato etileno) com e sem deposição de cobre.
Todos os compósitos obtidos apresentaram algum nível de atenuação da energia da onda eletromagnética, entre -0,1 dB até -11 dB, sendo o perfil predominante na curva de atenuação, entre 8,2 – 12,4 GHz foram de um material com caráter ressonante, também denominado banda estreita ou ressonante (tipo N), e se deve aos processos de interferência entre as ondas incidentes e refletidas.
Portanto, os materiais analisados nas configurações citadas, apresentaram
propriedades capazes de proporcionar ambientes de compatibilidade
eletromagnética podendo, assim, serem utilizados na aviação civil em locais onde a interferência entre equipamentos influencia o funcionamento correto destes.
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APÊNDICE A
No presente apêndice, são apresentadas as microscopias ópticas dos materiais compósitos estruturais atenuadores de radiação eletromagnética obtidos no presente trabalho.
Figura A.1. Configuração 1FC [5FV,1FF0nm]1 5FV.
Figura A.2. Configuração 1FC [5FV,1FF5nm]1 5FV.
Figura A.3. Configuração 1FC [5FV,1FF10nm]
Figura A.4. Configuração 1FC [5FV,1FF15nm]1 5FV.
Figura A.5. Configuração 1FC [5FV,1FF20nm]1 5FV.
Figura A.6. Configuração 1FC [3FV,1FF0nm]
Figura A.7. Configuração 1FC [3FV,1FF5nm]
2 3FV.
Figura A.8. Configuração 1FC [3FV,1FF10nm]
2 3FV.
Figura A.9. Configuração 1FC [3FV,1FF15nm]
Figura A.10. Configuração 1FC [3FV,1FF20nm]2 3FV.
Figura A.11. Configuração 1FC [2FV,1FF0nm]
4 2FV.
Figura A.12. Configuração 1FC [2FV,1FF5nm]
Figura A.13. Configuração 1FC [2FV,1FF10nm]4 2FV.
Figura A.14. Configuração 1FC [2FV,1FF15nm]
4 2FV.