Застосування адитивних технологій при створенні метаматеріалів з регульованими діелектричними властивостями

Abstract

Метою даної статті є дослідження впливу програмованої просторової структури розподілу матеріалів, отриманих методом адитивного виробництва на їх діелектричні властивості. Дослідження діелектричних характеристик дослідних зразків здійснювалось шляхом вимірювання їх ємності та тангенса кута діелектричних втрат з використанням пристрою RLC-метр DER EE LCR METER DE-5000 за 4-х електродною схемою з додатковим контактним пристроєм TL-21. Вимірювання проводились із застосуванням змінного струму та вимірювальних частот 100 Гц, 1-10-100 кГц. Відносна діелектрична проникність з високою достовірністю лінійно залежить від питомої густини та ступеня об’ємного заповнення та в незначній мірі змінюється в залежності від частоти вимірювання. Підвищення температури здатне змінювати значення відносної діелектричної проникності тільки у випадку монолітних зразків на 2,5% при температурі 50℃. Значення відносної діелектричної проникності, розраховані за теоретичними моделями, збігаються з виміряними для всіх значень об’ємного заповнення. Застосування програмного заповнення дозволяє ефективно варіювати відносну діелектричну проникність матеріалів. Встановлено, що відносна діелектрична проникність дослідних зразків полілактиду має лінійний характер залежності від ступеня об’ємного заповнення. Встановлено, що використання програмного заповнення дослідних зразків підчас адитивного виробництва дозволяє створювати матеріали з регульованими значеннями відносної діелектричної проникності при створенні виробів радічостотного призначення.

The purpose of this article is to study the influence of the programmable infill structure of material obtained by the additive manufacturing method on their dielectric properties. The dielectric characteristics of the test samples were studied by measuring their capacitance and dielectric loss tangent using the RLC meter according to a 4-electrode scheme. The measurements were carried out using alternating current and measuring frequencies of 100 Hz, 1-10-100 kHz. The relative permittivity is linearly dependent on the specific density and degree of volume filling with high reliability and varies slightly with the measurement frequency. An increase in temperature can change the value of the relative permittivity only in the case of monolithic samples by 2.5% at a temperature of 50℃. The values of the relative permittivity calculated by theoretical models coincide with the measured values for all values of the volume filling. The use of software filling makes it possible to effectively vary the relative permittivity of polylactide material. It was found that the relative dielectric constant of the polylactide samples under study has a linear dependence on the degree of volume filling. It has been established that the use of software filling of prototypes during additive manufacturing allows the creation of materials with adjustable values of the relative permittivity for the creation of products for radio frequency applications.