Nikel elektro kaplamanın karbon fiberin elektromanyetik girişim kalkanlama özelliğine etkisi
Özet
Elektronik sistemler ve cihazlar üzerinde sorunlar yaratabilen elektromanyetik
girişime çözüm olabilecek kalkanlama yöntemleri üzerindeki çalışmalar teknolojinin
gelişimi ile beraber hız kazanmıştır. Elektromanyetik kalkanlama; kalkanlama
malzemesinin kaynak ile alıcı arasına yerleştilererek yayılan elektromanyetik dalgayı
yansıtması veya azaltması olarak tanımlanabilir. Kalkanlama malzemesi iletkenliklerinden
ötürü genellikle metallerdir, ancak ağırlıklarının ve maliyetlerinin fazla olması gibi
sebeplerden ötürü yeni nesil malzemeler üzerinde çalışılmaktadır. Özellikle son yıllarda
sahip olduğu mekanik ve elektriksel avantajlarından dolayı karbon fiber malzemeler geniş
bir kullanım alanına sahiptir. Savunma sanayi, otomotiv sanayi, havacılık ve uzay karbon
fiberin kullanıldığı sektörlerin başında gelmektedir. Karbon fiberlerin iletkenliklerini
arttırabilmek adına metalik kaplamalar yapılabilmektedir. Bu çalışmada PAN
(Poliakrilonitril) esaslı karbon fiber kumaşlar farklı akım yoğunluğu ve sürelerde Ni elektro
kaplama ve Ni akımsız kaplama yapılarak 300-1500 MHz, 2170-3300 MHz, 3300-4900
MHz olmak üzere toplam 3 ayrı frekans aralığında kalkanlama özellikleri ve mikro yapı
görüntüleri incelenmiştir. Ni kaplamanın EMI ekranlama etkinliğini 3 ayrı frekans aralığında
da arttırdığı gözlemlenmiştir. 8,7 A/dm2 akım yoğunluğu ve 30 dk süreyle Ni elektro
kaplama yapılan numune 300-1500 MHz ve 3300-4900 MHz frekans aralıklarında en iyi
ekranlama etkinliği gösterirken, 2170-3300 MHz frekans aralığında akımsız kaplama
yöntemiyle Ni kaplanan karbon fiber numune en iyi ekranlama etkinliğini göstermiştir.
Kaplamasız karbon fiber numune 300-1500 MHz frekans aralığında ortalama olarak 18 dB
ekranlama etkinliğine sahipken, 8,7 A/dm2’de 30 dk süreyle yapılan elektro kaplamada
ekranlama etkinliği 54 dB olarak ölçülmüştür. 2170-3300 MHz frekans aralığında akımsız kaplama yöntemiyle Ni kaplama karbon fiber numunenin ekranlama etkinliğini 32 dB
arttırmıştır. 3300-4900 MHz frekans aralığında ise 8,7 A/dm2 akım yoğunluğu ve 30 dk
süreyle Ni kaplanan karbon fiber numune en iyi ekranlama etkinliğini gösterirken, Ni
kaplama ekranlama etkinliğini 36 dB arttırmıştır. EMI koruma davranışında yer alan
mekanizmayı anlayabilmek adına soğurma ve yansıma değerleri hesaplanmıştır. EMI
ekranlama davranışında soğurma mekanizmasının baskın olduğu tespit edilmiştir. Studies on shielding methods that can be a solution to electromagnetic interference that can
cause problems on electronic systems and devices have gained momentum with the
development of technology. Electromagnetic shielding; It can be defined as the reflection or
absorption of the emitted electromagnetic wave by placing the shielding material between
the source and the receiver. Shielding materials are generally metals due to their
conductivity, but due to their weight and cost, new generation materials are being studied.
Especially in recent years, carbon fiber materials have a wide range of uses due to their
mechanical and electrical advantages. Defense industry, automotive industry, aviation and
space are among the sectors where carbon fiber is used. Metallic coatings can be made in
order to increase the conductivity of carbon fibers. In this study, shielding properties and
microstructure images of PAN-based carbon fiber fabrics were investigated in a total of
different 3 frequency ranges, 300-1500 MHz, 2170-3300 MHz, 3300-4900 MHz, by
applying Ni electroplating at different current densities and durations and Ni electroless
plating. It has been observed that the Ni coating increases the EMI shielding efficiency in 3
different frequency ranges. While the sample with Ni electroplating for a current density of
8,7 A/dm2 and 30 minutes showed the best shielding efficiency in the frequency ranges of
300-1500 MHz and 3300-4900 MHz, the carbon fiber sample that was coated with Ni with
electroless coating method in the frequency range of 2170-3300 MHz showed the best
shielding efficiency. While uncoated carbon fiber had an average of 18 dB shielding
efficiency at 300-1500 MHz frequency, the shielding efficiency was 54 dB of Ni
electroplated carbon fiber at 8,7 A/dm2 and 30 minutes. In the frequency range of 2170-3300
MHz, electroless Ni plating increased the shielding efficiency by 32 dB. In the frequency range of 3300-4900 MHz, carbon fiber sample with 8,7 A/dm2 current density and 30
minutes Ni electroplating showed the best shielding efficiency, Ni coating increased the
shielding efficiency by 36 dB. Absorption and reflection values were calculated in order to
understand the mechanism involved in the EMI shielding behavior. It has been determined
that the absorption mechanism is dominant in the EMI shielding behavior.