РОЗРАХУНОК ЕФЕКТИВНОСТІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ЕКРАНУВАННЯ КОМПОЗИЦІЙНИМИ МАТЕРІАЛАМИ З ЕЛЕКТРОПРОВІДНИМИ НЕМАГНІТНИМИ ДОБАВКАМИ

Заголовок (англійською): 
EVALUATION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION SHIELDING CHARACTERISTICS OF FACING BUILDING VATERIALS
Автор(и): 
Панова, О. В.
Краснянський Г. Ю.
Азнаурян І. О.
Автор(и) (англ): 
Panova Olena
Krasnyansky Grigory
Aznauryan Irina
Ключові слова (укр): 
електромагнітне випромінювання; електромагнітні екрани; ефективність екранування; металосилікатні матеріали; електропровідні добавки; діелектрична проникність; електропровідність
Ключові слова (англ): 
electromagnetic radiation; electromagnetic radiation shields; shielding efficiency; metal silicate materials; electrically conductive additives; permittivity; electrical conductivity
Анотація (укр): 
Представлено результати теоретичних досліджень захисних властивостей композиційних облицювальних матеріалів на основі діелектричної матриці з немагнітним електропровідним наповнювачем у широкому діапазоні частот падаючого електромагнітного випромінювання. Отримано вирази для величин проходження, відбиття та поглинання і розрахованої на їх основі ефективності екранування електромагнітного випромінювання матеріалом. Необхідні для розрахунків залежності діелектричної проникності та електро-провідності композиту від об'ємної частки електропровідної добавки отримано на підставі гіпотези подібності при врахуванні ненульової провідності діелектричної матриці. Встановлено задовільну відповідність результатів розрахунків із виміряними характеристиками екранування зразків металосилікатних матеріалів на основі гідросилікатів кальцію та мідного порошку. Загалом наведені результати показують адекватність запропонованої розрахункової методики і свідчать, що вона може бути використана для попередніх оцінок характеристик екранування при проєктуванні електромагнітних екранів на основі композиційних облицювальних матеріалів.
Анотація (англ): 
The article presents the results of theoretical studies of the protective properties of composite facing materials based on a dielectric matrix with an electrically conductive non-magnetic filler in a wide frequency range of incident electromagnetic radiation. Expressions are got for the values of the transmission, reflection and absorption, and the electromagnetic radiation shielding efficiency calculated on their basis. The dependences of the permittivity and electrical conductivity of the composite on the volume fraction of the electrically conductive additive required for calculations were got based on the hypothesis of similarity, considering the nonzero conductivity of the dielectric matrix. Satisfactory agreement between the calculation results and the measured shielding characteristics of specimens of metal silicate materials based on calcium hydro silicates and copper powder was established. The results presented show the adequacy of the proposed calculation method and indicate that it can be used for preliminary estimates of the shielding characteristics when designing electromagnetic radiation shields based on composite facing materials.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Управління розвитком складних систем, номер 48, 2021
Назва журналу, номер, рік випуску (рус): 
Управление развитием сложных систем, номер 48, 2021
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Management of Development of Complex Systems, Number 48, 2021
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
Дата публікації: 
15 Ноябрь 2021
Номер збірника: 
Розділ: 
ТЕХНОЛОГІЇ УПРАВЛІННЯ РОЗВИТКОМ
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ
Литература: 
  1. Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields up to 300 GHz. International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection HealthPhys. 1998. 74(4). Р. 494 – 524. URL: https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPemfgdl.pdf
  2. Directive 2013/35/EU of the European Parliament and of the Council of 26 June 2013 on the minimum health and safety requirements regarding the exposure of workers to the risks arising from physical agents (electromagnetic fields) Official Journal of the European Union. 2013. 56. – L179/1-L179/21. URL: https://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2013:179:0001:0021:EN:PDF
  3. Kruzelak J., Kvasnicakova A., Hlozekova K., Hudec I. Progress in polymers and polymer composites used as efficient materials for EMI shielding. Nanoscale Adv. 2021. 3. Р. 123 – 172.
  4. Chung D. D. L. Materials for electromagnetic interference shielding. J. Mater. Eng. Perform. 2000. 9. Р. 350-354.
  5. Краснянский Г. Е., Максунов С. Е., Величко Т. П.: Электрофизические свойства металлосиликатных материалов контактного твердения, Тез. докл. III Всесоюз. науч.-практ. конф. Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции, КИСИ, Киев, СССР, 1989, т.1, С. 209 – 210.
  6. Клапченко В. И., Краснянский Г. Е., Глыва В. А., Азнаурян И. А. Управление защитными свойствами электромагнитных экранов на основе металлосиликоновых материалов. Гігієна населених місць. 2009. Вип. 53. С. 200 – 207.
  7. Chuhg Deborah D. L. Carbon Composites: Composites with Carbon Fibers, Nanofibers, and Nanotubes. New York: Butterworth-Heinemann. 2016.  706 Р.
  8. Boiprav O. V., Ayad H. A. E., Lynkou L. M. Electromagnetic radiation shielding properties of copper containing activated carbon. Doklady BGUIR. 2019. 1 (119). Р. 51 – 55.
  9. Айад, Х. А. Э., Белоусова Е. С., Пулко Т. А. Влияние состава композиционных покрытий на основе порошко-образного древесного угля на экранирование электромагнитных излучений. Доклады БГУИР. 2016. № 3 (97). С. 89 – 94.
  10. Glyva V. A., Levchenko L. O., Panova O. V., Tykhenko O. M., Radomska M. M. The composite facing material for electromagnetic felds shielding. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Р. 907. doi:10.1088/1757-899X/907/1/012043.
  11. Glyva V., Barabash O., Kasatkina N., Katsman M., Levchenko L., Tykhenko O., Nikolaiev K., Panova O., Khalmuradov B., Khodakovskyy O. Studying the shielding of an electromagnetic fieldby a textile material containing ferromagnetic nanostructures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2020. Vol 1 No 10 (103). Р. 26 – 31.
  12. Glyva V., Kasatkina N., Nazarenko V., Burdeina N., Karaieva N., Levchenko L., Panova O., Tykhenko O., Khalmuradov B., Khodakovskyy O. Development and study of protective properties of the composite materials for shielding the electromagnetic fields of a wide frequency range. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies Materials Science. 2020. Vol 2 No 12 (104). Р. 40 –47.
  13. Glyva V., Lyashok J., Matvieieva I., Frolov V., Levchenko L., Tykhenko O., Panova O., Khodakovskyy O., Khalmuradov B., Nikolaiev K. Development and investigation of protective properties of the electromagnetic and soundproofing screen. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. 6/5 (96). Р. 54 – 61.
  14. Vovchenko Ludmila et al. Polyethylene Composites with Segregated Carbon Nanotubes Network: Low Frequency Plasmons and High Electromagnetic Interference Shielding Efficiency. Materials. 2020. 13. Р. 1118. doi:10.3390/ma13051118
  15. Gonzalez M., Pozuelo J., Baselga J. Electromagnetic shielding materials in the GHz range. Chem. Rec. 2018. 18. Р. 1–11.
  16. Abbas N. and Kim H. T. Multi-walled carbon nanotube/polyethersulfone nanocomposites for enhanced electrical conductivity, dielectric properties and efficient electromagnetic interference shielding at low thickness. Macromol. Res. 2016. 24. P. 1084 – 1090.
  17. Song W. L., Cao M. S., Lu M. M., Bi S., Wang C. Y., Liu J., Yuan J., Fan L. Z. Flexible graphene-polymer composite films in sandwich structures for effective electromagnetic interference shielding. Carbon. 2014. 66. P. 67–76.
  18. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. Москва: Наука, 1982. 621 с.
  19. 1Zi Ping Wu, De Ming Cheng, Wen Jing Ma, Jing Wei Hu, Yan Hong Yin, Ying Yan Hu and Ye Sheng Li. Electromagnetic interference shielding effectiveness of composite carbon nanotube macro-film at a high frequency range of 40 GHz to 60 GHz. AIP Advances. 2015. 5 067130. https://doi.org/10.1063/1.4922599
  20. Клапченко В. И., Краснянский Г. Е., Азнаурян И. А. Электрофизические исследования строительных материалов. Киев: ВИПОЛ, 2002. 84 с.
  21. Efros A. L. and Shklovskii B. I.Critical behaviors of conductivity and dielectric constant near the metal-nonmetal transition. Pfys. Status solidi. 1976. Vol 76. No 2. P. 475 – 485.
  22. Балагуров Б. Я. К теории дисперсии проводимости двухкомпонентных сред. ЖЭТФ, 1985, Т.88, №5. C. 1664 – 1675.
  23. Kirkpatrick S. Percolation and Conduction. Rev. Mod. Phys. 1973. 45. No 4. Р. 574 – 587.
  24. Stauffer D., Aharony A. Introduction to Percolation Theory. Taylor & Francis: London UK. 1992. 192 р.
  25. Глуховский В. Д., Казанский В. М., Краснянский Г. Е., Максунов С.Е. Электропроводность металлосиликатных материалов контактного твердения. Известия АН СССР. Неорганические материалы.1988. т. 24(5). С. 824 – 827.
  26. Глуховский В. Д., Рунова Р. Ф., Максунов С. Е. Вяжущие и композиционные материалы контактного твердения. Киев: Вища школа, 1991. 242 с.
  27. Краснянский Г. Е., Азнаурян И. А., Кучерова Г. В. Методика электрофизических исследований бетона на ранних стадиях твердения. Містобудування та територіальне планування: Наук.-техн. Зб. Київ, КНУБА, 2013. Вип. 50. С. 310 – 315.
References: 
  1. Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields up to 300 GHz. (1998) International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection HealthPhys., 74(4), 494–522.
  2. Directive 2013/35/EU of the European Parliament and of the Council of 26 June 2013 on the minimum health and safety requirements regarding the exposure of workers to the risks arising from physical agents (electromagnetic fields) Official Journal of the European Union (2013). 56, L179/1-L179/21.
  3. Kruzelak, J., Kvasnicakova, A., Hlozekova, K. & Hudec, I. (2021). Progress in polymers and polymer composites used as efficient materials for EMI shielding. Nanoscale Adv, 3, 123–172.
  4. Chung, D. D. L. (2000). Materials for electromagnetic interference shielding. J. Mater. Eng. Perform, 9, 350–354.
  5. Krasnianskyi, G., Maksunov, S. & Velichko, T. (1989). Electrophysical properties of contact hardening metallosilicate materials. Proc. 3-rd All-Union Scientific and Practical Conf. Slag-alkali cements, concretes and constructions (Kiev), 1, 209–210.
  6. Klapchenko, V., Krasnyansky, G., Glyva, V. & Aznaurian, I. (2009). Protective properties of electromagnetic screens based on metal silicate materials in the microwave range. Hygiene of populated places, 53, 200–207.
  7. Chuhg, Deborah D. L. (2016). Carbon Composites: Composites with Carbon Fibers, Nanofibers, and Nanotubes, New York, Butterworth-Heinemann, 706.
  8. Boiprav, O. V., Ayad, H. & Lynkou, L. M. (2019). Electromagnetic Radiation Shielding Properties of Copper Containing Activated Carbon. Doklady BGUIR, 1, 51–55.
  9.  Ayad, H. A., Belousova, E. S. & Pulko, T. A. (2016). Influence of Composite Coatings Based on Powdered Charcoal on Electromagnetic Radiation Shielding. Doklady BGUIR, 3, 88–94.
  10. Glyva, V. A. at al. (2020). The composite facing material for electromagnetic felds shielding. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 907, 012043.
  11. Glyva, V., Barabash, O., Kasatkina, N., Katsman, M., Levchenko, L., Tykhenko, O., Nikolaiev, K., Panova, O., Khalmuradov, B. & Khodakovskyy, O. (2020). Studying the shielding of an electromagnetic fieldby a textile material containing ferromagnetic nanostructures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1, 10 (103), 26–31.
  12. Glyva, V., Kasatkina, N., Nazarenko, V., Burdeina, N., Karaieva, N., Levchenko, L., Panova, O., Tykhenko, O., Khalmuradov, B. & Khodakovskyy, O. (2020). Development and study of protective properties of the composite materials for shielding the electromagnetic fields of a wide frequency range. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2, 12 (104), 40–47.
  13. Glyva, V., Lyashok, J., Matvieieva, I., Frolov, V., Levchenko, L., Tykhenko, O., Panova, O., Khodakovskyy, O., Khalmuradov, B. & Nikolaiev, K. (2018). Development and investigation of protective properties of the electromagnetic and soundproofing screen. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6, 5(96), 54–61.
  14. Vovchenko, L. et al. (2020). Polyethylene Composites with Segregated Carbon Nanotubes. Network: Low Frequency Plasmons and High Electromagnetic Interference Shielding Efficiency. Materials, 13, 1118.
  15. González, M., Pozuelo, J. & Baselga, J. (2018). Electromagnetic Shielding Materials in GHz Range. Chem Rec., 18, 1–11.
  16. Abbas, N. & Kim, H. T. (2016). Multi-walled carbon nanotube/polyethersulfone nanocomposites for enhanced electrical conductivity, dielectric properties and efficient electromagnetic interference shielding at low thickness. Macromol. Res., 24, 1084–1090.
  17. Song, W. L. at al. (2014). Flexible graphene/polymer composite films in sandwich structures for effective electromagnetic interference shielding. Carbon, 66, 67–76.
  18. Landau, L. D. & Lifshitz, E. M. (1982). Electrodynamics of Continuous Media. Moscow, Science ,621.
  19. Zi, Ping Wu at al. (2015). Electromagnetic interference shielding effectiveness of composite carbon nanotube macro-film at a high frequency range of 40 GHz to 60 GHz. AIP Advances, 5, 067130.
  20. Klapchenko, V., Krasnyansky, G. & Aznaurian, I. (2002). Electrophysical Investigations of Building materials. Kyiv, VIPOL, 84.
  21. Efros, A. .L & Shklovskii, B. I. (1976). Critical behaviors of conductivity and dielectric constant near the metal-nonmetal transition. Phys. Status solidi, 76, 2, 475–485.
  22. Balagurov, B. Ya. (1985). On the theory of dispersion of the conductivity of two-component media. JETP, 88, 5, 1664–1675.
  23. Kirkpatrick, S. (1973). Percolation and Conduction Rev. Mod. Phys, 45, 4, 574–587.
  24. Stauffer, D. & Aharony, A. (1992). Introduction to Percolation Theory. London: Taylor & Francis, 192.
  25. Glukhovsky, V. D., Kazansky, V. M., Krasnianskyi, G. Yu., Maksunov, S. E. (1988). Electrical conductivity of metal-silicate materials of contact hardening. Izvestiya AN SSSR, Inorganic materials, 24(5), 824–827.
  26. Glukhovsky, V. D., Runova, R. F. & Maksunov, S. E. (1991). Contact hardening binders and composite materials. Kyiv, Vyshcha Shkola, 242.
  27. Krasnianskyi, G., Aznaurian, I. & Kucherova, I. (2013). Methods of electrophysical research of concrete in the early stages of hardening. Mistobuduvannya ta terytorialne planuvannya, 50, 310–315.