mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577j.met202305.566DIFBEYmateltech-566Research ArticleМатематическое моделирование в материаловедении электронных компонентовMATHEMATICAL MODELING IN MATERIALS SCIENCE OF ELECTRONIC COMPONENTSМоделирование радиопоглощающих свойств пиролизованного полиакрилонитрила в диапазоне частот от 3 до 50 ГГцSimulation of the radio absorbing properties of pyrolyzed polyacrylonitrile in the frequency range from 3 to 50 GHzРадченкоД. П.RadchenkoD. P.

Университетский просп., д. 100, Волгоград, 400062

Радченко Даниил Павлович — старший преподаватель кафедры информационной безопасности

100 Universitetsky Ave., Volgograd 400062

Daniel P. Radchenko — Senior Lecturer at the Department of Information Security

crystal_steel@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9486-2482ЗапороцковаИ. В.ZaporotskovaI. V.

Университетский просп., д. 100, Волгоград, 400062

Запороцкова Ирина Владимировна — доктор физ.-мат. наук, профессор, директор института приоритетных технологий

100 Universitetsky Ave., Volgograd 400062

Irina V. Zaporotskova — Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Director of the Institute of Priority Technologies; ,

irinazaporotskova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4973-1328КожитовЛ. В.KozhitovL. V.

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Кожитов Лев Васильевич — доктор техн. наук, профессор-исследователь

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Lev V. Kozhitov — Dr. Sci. (Eng.), Professor

kozitov@rambler.ruЗапороцковП. А.ZaporotskovP. A.

Университетский просп., д. 100, Волгоград, 400062

Запороцков Павел Александрович — канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры судебной экспертизы и физического материаловедения

100 Universitetsky Ave., Volgograd 400062

Pavel A. Zaporotskov — Cand. Sci. (Phys.-Math.), Associate Professor of the Department of Forensic Science and Physical Materials Science

zaporotskov.pavel@volsu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4657-9305ПопковаА. В.PopkovaA. V.

ул. Железнодорожная, д. 24, Подольск, 142103

Попкова Алёна Васильевна — канд. техн. наук, старший научный сотрудник

24 Zheleznodorozhnaya Str., Podolsk 142103

Alena V. Popkova — Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

popkova-alena@rambler.ruКосушкинВ. Г.KosushkinV. G.

ул. Баженова, д. 2., Калуга, 248000

Косушкин Виктор Григорьевич — доктор техн. наук, профессор

2 Bazhenov Str., Kaluga 248035

Victor G. Kosushkin — Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head Department of Materials Science

vic_kos@mail.ruВолгоградский государственный университетРоссияVolgograd State UniversityRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian FederationНаучно-производственное объединение «Луч»РоссияJSC “Research Institute NPO “LUCH”Russian FederationМосковский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (калужский филиал)РоссияBauman Moscow State Technical University (Kaluga Branch)Russian Federation202306112023264300308Copyright © Радченко Д.П., Запороцкова И.В., Кожитов Л.В., Запороцков П.А., Попкова А.В., Косушкин В.Г., 20242024Радченко Д.П., Запороцкова И.В., Кожитов Л.В., Запороцков П.А., Попкова А.В., Косушкин В.Г.Radchenko D.P., Zaporotskova I.V., Kozhitov L.V., Zaporotskov P.A., Popkova A.V., Kosushkin V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/566

В настоящее время широко изучаются электромагнитные характеристики различных, в том числе и полимерных, материалов с целью применения их в качестве радиопоглощающих покрытий в изделиях электроники. Одним из таких материалов является пиролизованный полиакрилонитрил (ППАН). Рассмотрена модель поглощения электромагнитной волны слоями ППАН с электропроводностью 72 и 180 См/м и шириной слоя от 0,15 до 2 мм, в том числе содержащих металлический наполнитель (так называемый металлокомпозит на основе ППАН), в частотном диапазоне 3—50 ГГц. Моделирование выполнено в программном пакете COMSOL Multiphysics.

Проведено сопоставление экспериментальных результатов с данными, полученными в ходе моделирования, по таким параметрам, как показатели отражения, прохождения и поглощения. Выводы, полученные из анализа данных моделирования, совпадают с результатами практических экспериментов. Анализ модели показал сходимость результатов моделирования с экспериментальными данными на качественном уровне.

Currently, the electromagnetic characteristics of various materials, including polymers, are being widely studied with the aim of using them as radio-absorbing coatings in electronics products. One such material is pyrolyzed polyacrylonitrile (PPAN). A model of electromagnetic wave absorption by PPAN layers with electrical conductivity of 72 and 180 S/m and a layer width of 0.15 to 2 mm, including those containing a metal filler (the so-called PPAN-based metal composite), in the frequency range of 3–50 GHz is considered. The simulation was performed in the COMSOL Multiphysics software package.

A comparison of the experimental results with the data obtained during the simulation was carried out for such parameters as reflection, transmission and absorption. The conclusions obtained from the analysis of simulation data coincide with the results of practical experiments. Analysis of the model showed the convergence of modeling results with experimental data at a qualitative level.

пиролизованный полиакрилонитрилэлектромагнитное излучениеметаллокомпозитрадиопоглощающие свойстваCOMSOL Multiphysicspyrolyzed polyacrylonitrileelectromagnetic radiationmetal compositeradio absorption propertiesCOMSOL MultiphysicsРабота выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (тема FZUU-2023-0001).The work was carried out within the framework of the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (topic FZUU-2023-0001).ReferencesКербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С., Горбаткина Ю.А., Крыжановский В.К., Куперман А.М., Симонов-Емельянов И.Д., Халиулин В.И., Бунаков В.А. Под ред. А.А. Берлина. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология. СПб.: Профессия; 2008. 560 с.Berlin A.A. (ed.). Kerber M.L., Vinogradov V.M., Golovkin G.S., Gorbatkina Yu.A., Kryzhanovskii V.K., Kuperman A.M., Simonov-Emel'yanov I.D., Khaliulin V.I., Bunakov V.A. Polymer composite materials: structure, properties, technology. Polymer composite materials. St. Petersburg: Professiya; 2008. 560 p. (In Russ.)Патент (РФ) № 1721634 SU11, МПК H01B 1/04, H01B 1/18, H01B 1/20, H01B 1/22. Зализная Н.Ф., Земцов Л.М., Карпачева Г.П., Давыдов Б.Э., Козлов Ю.Г., Хрекин А.В., Щекин И.А. Способ получения проводящих покрытий. Заявл.: 01.11.1989; опубл. 23.03.1992. URL: https://yandex.ru/patents/doc/SU1721634A1_19920323Patent (RU) No 1721634 SU11, MPC H01B 1/04, H01B 1/18, H01B 1/20, H01B 1/22. Zaliznaya N.F., Zemtsov L.M., Karpacheva G.P., Davydov B.E., Kozlov Yu.G., Khrekin A.V., Shchekin I.A. Method of obtaining conductive coatings. Appl.: 01.11.1989; publ.: 23.03.1992. (In Russ.). URL: https://yandex.ru/patents/doc/SU1721634A1_19920323Берлин А.А., Гейдерих М.А., Давыдов Б.Э., Каргин В.А., Карпачева Г.П., Кренцель Б.А., Хутарева Г.В. Химия полисопряженных систем. М.: Химия; 1972. 272 с.Berlin A.A., Geiderikh M.A., Davydov B.E., Kargin V.A., Karpacheva G.P., Krentsel' B.A., Khutareva G.V. Chemistry of polysynthetic systems. Moscow: Khimiya; 1972. 272 p. (In Russ.)Давыдов Б.Э. Некоторые химические особенности и полупроводниковые свойства полисопряженных систем. Дисс. … д-ра хим. наук. М.; 1965. 487 с.Davydov B.E. Some chemical features and semiconductor properties of polyconjugated systems thesis. Diss. Dr. Sci. (Chem.). Moscow; 1965. 487 p. (In Russ.)Ghorpade R.V., Cho D.W., Hong S.C. Effect of controlled tacticity of polyacrylonitrile (co)polymers on their thermal oxidative stabilization behaviors and the properties of resulting carbon films. Carbon. 2017; 121: 502—511. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.06.015Ghorpade R.V., Cho D.W., Hong S.C. Effect of controlled tacticity of polyacrylonitrile (co)polymers on their thermal oxidative stabilization behaviors and the properties of resulting carbon films. Carbon. 2017; 121: 502–511. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.06.015Obraztsov A.N., Volkov A.P., Petrushenko Y.V., Satanovskaya O.P. Application of nanocarbon cold cathodes in lighting elements. Surface and Interface Analysis. 2004; 36(5-6): 470—473. https://doi.org/10.1002/sia.1711Obraztsov A.N., Volkov A.P., Petrushenko Y.V., Satanovskaya O.P. Application of nanocarbon cold cathodes in lighting elements. Surface and Interface Analysis. 2004; 36(5-6): 470–473. https://doi.org/10.1002/sia.1711Han Q., Wang F., Wang Z., Yi Z., Na Z., Wang X., Wang L. PAN-based carbon fiber@SnO2 for highly reversible structural lithium-ion battery anode. Ionics. 2018; 24(4): 1049—1055. https://doi.org/10.1007/s11581-017-2261-0Han Q., Wang F., Wang Z., Yi Z., Na Z., Wang X., Wang L. PAN-based carbon fiber@SnO2 for highly reversible structural lithium-ion battery anode. Ionics. 2018; 24(4): 1049–1055. https://doi.org/10.1007/s11581-017-2261-0Han Q., Shi M., Han Z., Zhang W., Li Y., Zhang X., Sheng Y. Synthesis of one-dimensional PAN-based carbon fiber/NiO composite as an anode material for structural lithium-ion batteries. Ionics. 2020; 26(12): 5935—5940. https://doi.org/10.1007/s11581-020-03762-8Han Q., Shi M., Han Z., Zhang W., Li Y., Zhang X., Sheng Y. Synthesis of one-dimensional PAN-based carbon fiber/NiO composite as an anode material for structural lithium-ion batteries. Ionics. 2020; 26(12): 5935–5940. https://doi.org/10.1007/s11581-020-03762-8Кожитов Л.В., Емельянов С.Г., Косушкин В.Г., Стрельченко С.С., Пархоменко Ю.Н., Козлов В.В., Кожитов С.Л. Технология материалов микро- и наноэлектроники. Курск: Юго-Западный государственный университет; 2012. 862 c.Kozhitov L.V., Emel'yanov S.G., Kosushkin V.G., Strel'chenko S.S., Parkhomenko Yu.N., Kozlov V.V., Kozhitov S.L. Technology of materials for micro- and nanoelectronics. Kursk: Southwestern State University; 2012. 862 p. (In Russ.)Радченко Д.П., Запороцкова И.В., Кожитов Л.В. Радиопоглощающие свойства пиролизованного полиакрилонитрила: модель в диапазоне от 1 до 3 ГГц. Сб. трудов Междунар. науч. конф. «Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики». Воронеж, 13–15 декабря 2021 г. Воронеж: ООО «Вэлборн»; 2022. С. 701—706.Radchenko D.P., Zaporotskova I.V., Kozhitov L.V. Radio absorption properties of pyrolyzed polyacrylonitrile: a model in the range from 1 to 3 GHz. Proceed. of the Inter. scient. conf. “Actual Problems of applied mathematics, informatics and mechanics”: Voronezh, December 13–15, 2021. Voronezh. OOO "Velborn"; 2022. 701–706 p. (In Russ.)Запороцкова И.В., Кожитов Л.В., Аникеев Н.А., Давлетова О.А., Муратов Д.Г., Попкова А.В., Якушко Е.В. Синтез, свойства и моделирование металлоуглеродных нанокомпозитов. Волгоград: Из-во ВолГУ; 2019. 534 с.Zaporotskova I.V., Kozhitov L.V., Anikeev N.A., Davletova O.A., Muratov D.G., Popkova A.V., Yakushko E.V. Synthesis, properties and modelling of metallocarbon nanocomposites. Volgograd; Iz-vo VolGU; 2019. 534 p. (In Russ.)Zaporotskova I.V., Kozhitov L.V., Boroznina N.P., Kakorina O.A., Boroznin S.V., Radchenko D.P., Belonenko M.B. New radar-absorbing metal composites based on pyrolyzed polyacrylonitrile containing atoms of transition metals Ni and Co. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2021; 85(12): 1348—1353. https://doi.org/10.3103/S1062873821120376Radchenko D.P., Kozhitov L.V., Boroznina N.P., Kakorina O.A., Boroznin S.V., Belonenko, Zaporotskova I.V. New radar-absorbing metal composites based on pyrolyzed polyacrylonitrile containing atoms of transition metals Ni and Co. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2021; 85(12): 1348–1353. https://doi.org/10.3103/S1062873821120376

The authors declare that there are no conflicts of interest present.