Диссертация (1145326), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Ниже перколяционного порога и в области порога удельная проводимость гранулированных пленокa-C:H(Co) увеличивается с ростом характеристического размера локализации кластерных электронных состояний. Кроме этого, в области порога магнитная проницаемость µимеет большие величины. Причиной увеличения µ являются быстрая релаксация спинаd-электронов наночастиц Co и большие значения намагниченности наночастиц [94, 121].Для гранулированных структур a-C:H(Co) спин-поляризационная релаксация обусловлена flip-flop переходами электронов с изменением спина между подуровнями термическиактивированных электронных облаков в окрестности частиц Co в матрице. В первом приближении в исследуемом частотном диапазоне константа затухания спин-поляризационнойрелаксации растет с увеличением частоты F согласно закону F (F − γHi )2/3 , где γ =2.83 MHz/Oe - гиромагнитное отношение, Hi – внутреннее самосогласованное поле, действующее на частицы Co (глава 3, формула (3.23), и [121]).
Высокие значения ε0 , ε00 , µ0 ,µ00 приводят к большим величинам коэффициента поглощения P для пленок на поликорев области перколяционного порога, которому соответствуют концентрации Co, лежащие вдиапазоне 50 - 60 at.%. Так как ε0 , ε00 , µ0 в гораздо меньшей степени зависят от частоты посравнению с µ00 , то µ00 и, соответственно, спин-поляризационная релаксация формируютчастотную зависимость поглощения P и приводят к росту P с увеличением частоты F :P = AF (F − γHi )2/3 ,(5.22)где коэффициент A зависит от ε0 , ε00 , µ0 , удельной проводимости, температуры, плотности257161Losses P (dB)1282400481216Frequency F (GHz)20Рис.
5.29: Частотная зависимость коэффициента поглощения P электромагнитной моды,распространяющейся вдоль микрополоска, в измерительной ячейке, нагруженной пленкойa-C:H(Co): (1) – на поликоровой подложке (толщина пленки 0.64 µm, 61 at.% Co); (2) –на кевларе (4 слоя, толщина покрытия на волокне 1.2µm, 60 at.% Co). Сплошные линии –теоретическая аппроксимация, основанная на модели спин-поляризационной релаксации.локализованных состояний в матрице a-C:H и от константы обменного взаимодействия.Коэффициент A увеличивается с увеличением ε0 , ε00 , µ0 . На Рис. 5.29 экспериментальные значения потерь для пленки a-C:H(Co) на поликоре аппроксимированы зависимостью(5.22) с величиной поля Hi = -2.88 kOe.Как было упомянуто выше, из-за разных размеров локализации сформировавшихсякластерных электронных состояний и разных величин удельной проводимости поглощениеэлектромагнитной моды в пленках a-C:H(Co) на кевларе меньше поглощения в пленках aC:H(Co) на поликоре при тех же самых толщинах и концентрациях кобальта.
Максимальное значение поглощения может быть достигнуто при определенном значении удельнойпроводимости, ε, µ покрытия и увеличивается с ростом ε, µ. Формирование кластерныхэлектронных состояний в гранулированных пленках a-C:H(Co) на кевларе затруднено посравнению с образованием кластерных электронных состояний в пленках на поликоре.Малые размеры локализации кластерных электронных состояний в пленках a-C:H(Co)на кевларе приводят к малым значениям проводимости. В дополнении к этому, арамидные волокна в ткани отделены друг от друга, что приводит к образованию несплошногопокрытия. В результате, действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости и удельная проводимость пленок a-C:H(Co) на кевларе имеют более низкие значения.Это приводит к уменьшению коэффициента поглощения P .
Было найдено, что удель258ная проводимость пленок a-C:H(Co) на кевларовой ткани на 3 порядка меньше удельнойпроводимости тех же пленок a-C:H(Co) на поликоре. На Рис. 5.29 экспериментальные значения потерь для пленки a-C:H(Co) на кевларе аппроксимированы зависимостью (5.22) свеличиной поля Hi = 2.54 kOe.Рис. 5.30 показывает частотную зависимость максимальных и минимальных величинпотерь электромагнитной моды, распространяющейся вдоль микрополоска, который нагружен образцом покрытия a-C:H(Co) на кевларовой ткани. Максимальные и минимальные величины потерь получены для двух разных расположений образца относительномикрополоска путем поворота на 90◦ . В пределах экспериментальной погрешности анизотропия поглощения не наблюдается на пленках a-C:H(Co) на поликоре.
Эффект анизотропии поглощения может быть связан с анизотропией кевларовых нитей и с магнитнойанизотропией частиц кобальта в гексагональной кристаллической фазе. Если частицы Coдостаточно малы (меньше 22 - 24 nm), то кобальт находится в fcc-фазе. Для частиц Co,имеющих размеры больше 24 nm, наблюдается hcp-фаза. Для пленок a-C:H(Co) на поликоре средний размер частиц составляет 2.2 - 3.5 nm [169]. Размеры частиц Co в покрытияхa-C:H(Co) на кевларовой ткани лежат в диапазоне 80 - 800 nm.
Следовательно, частицыCo в пленках a-C:H(Co) на кевларовой ткани должны обладать магнитной анизотропией,связанной с hcp-фазой. Однако, относительные вклады анизотропии кевларовых нитей имагнитной анизотропии частиц кобальта в эффект анизотропии поглощения до конца невыяснены и требуют дальнейшего изучения.5.5.3Поглощение нормально падающих электромагнитных волнПоглощение нормально падающих электромагнитных волн исследовано рупорным методом в частотном диапазоне 8 - 12 GHz (Рис.
5.31). Покрытия a-C:H(Co) располагалисьперед рупором на металлическом основании. Потери P определялись соотношением (5.21).Частотная зависимость коэффициента поглощения P нормально падающей электромагнитной волны в покрытиях a-C:H(Co) на поликоре представлена на Рис.
5.32. Пленкиимели примерно одинаковые толщины и разные концентрации кобальта, которые соответствовали кластерной структуре, находящейся ниже перколяционного порога. Из представленных зависимостей видно, что для данного диапазона концентраций потери P растутс ростом концентрации наночастиц Co. Максимальные значения коэффициента поглощения P наблюдаются для пленок, имеющих концентрации частиц, соответствующих области порога перколяции (50 - 60 at.%). Дальнейшее увеличение доли металлических частицприводит к резкому изменению проводимости и волнового импеданса покрытияµZ=µ0 + iµ00ε0 + iε00259¶1/2.(5.23)5Losses P (dB)42131'22'104812Frequency F (GHz)16Рис.
5.30: Частотная зависимость максимальных (1,2) и минимальных (1’, 2’) значенийкоэффициента поглощения P электромагнитной моды, распространяющейся вдоль микрополоска, в измерительной ячейке, нагруженной 4 слоями покрытия a-C:H(Co) на кевларе.Толщины покрытий и концентрация Co: (1) – 0.85 µm, 48 at.% Co; (2) – 0.93 µm, 60 at.% Co.1’, 2’ - минимальные значения потерь для образцов #1 и #2, полученных путем поворотана 90◦ относительно положения, при котором наблюдаются максимальные потери.granularfilmmetalRРис. 5.31: Измерение поглощения электромагнитной волны при отражении рупорным методом.2601.4431.2Losses P (dB)21.010.80.60.49101112Frequency F (GHz)13Рис.
5.32: Частотная зависимость коэффициента поглощения P нормально падающихэлектромагнитных волн в покрытиях a-C:H(Co) на поликоре. Толщины покрытий и концентрация Co: (1) – 0.77 µm, 20 at.% Co; (2) – 0.71 µm, 28 at.% Co; (3) – 0.8 µm, 36 at.%Co; (4) – 0.81 µm, 43 at.% Co.Если концентрация Co достаточно высока (>60 at.%), то структура напыленных пленок a-C:H(Co) соответствует области выше перколяционного порога, обладает большойпроводимостью и является отражающим покрытием. Наблюдаемое увеличение потерь сростом частоты F на Рис. 5.32 для покрытий, содержащих концентрации Co в областиниже перколяционного порога, может быть объяснено частотной зависимостью мнимойчасти магнитной проницаемости µ00 (глава 4 и [121]).
Величина мнимой части магнитнойпроницаемости растет с увеличением частоты в соответствии с ростом величины спинполяризационной релаксации спинов d-электронов атомов Co [94, 121]. На Рис. 5.33 показана частотная зависимость поглощения нормально падающих электромагнитных волнв 4-слойных покрытиях a-C:H(Co) на кевларовой ткани, содержащих концентрации Co вобласти ниже перколяционного порога.
Потери P растут с ростом концентрации наночастиц Co. Для исследованных покрытий обнаружен аддитивный эффект - потери P растутпропорционально увеличению толщины пленки a-C:H(Co) на арамидном волокне.Температурная зависимость коэффициента поглощения P нормально падающих электромагнитных волн в 4-слойном покрытии a-C:H(Co) на кевларовой ткани представленана Рис.
5.34. В каждом слое толщина пленки на арамидном волокне составляла 0.95 µmи концентрация Co равнялась 45 at.%. Измерения проводились на частоте 9.35 GHz. Изменения коэффициента поглощения P были незначительными до температуры 230◦ C. Втемпературном диапазоне 230 - 280◦ C водород уходил из покрытия - происходила дегидро26133.0Losses P (dB)142.021.050.0891011Frequency F (GHz)12Рис. 5.33: Частотная зависимость коэффициента поглощения P нормально падающихэлектромагнитных волн в 4-слойных покрытиях a-C:H(Co) на кевларовой ткани. Толщиныпленок на арамидном волокне и концентрация Co: (1) – 0.95 µm, 45 at.% Co; (2) – 0.95 µm,39 at.% Co; (3) – 2.1 µm, 39 at.% Co; (4) – 1.05 µm, 32 at.% Co; (5) – 4 слоя кевларовойткани без покрытия a-C:H (Co).генизация a-C:H(Co). Дальнейшая графитизация покрытия приводила к росту удельнойпроводимости и к увеличению отражения падающих волн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
