Как уменьшить энергию электромагнитного излучения при помощи пленок никеля – знают в ЛЭТИ

Электроник ИЦ ЦМИД СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Олег Анатольевич Тестов. Фото: СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Разработка и использование трансдермальных систем (ТС), предназначенных для малоинвазивного введения лекарственных форм в последние несколько лет относится к наиболее динамично развивающимся областям медицинской техники. С помощью таких систем может осуществляться доставка лекарств через кожу, вводящая в организм пациента анальгетики, эндокринологические, урологические, психотропные и иные препараты.

Ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» предложили свою концепцию ТС модульной конструкции, в том числе обеспечивающую возможность дистанционного включения по радиоканалу и обмена данными. Оснащение ТС электронными компонентами требует их защиты от воздействия различных факторов, например, электромагнитного излучения (ЭМИ). Современная техника ориентирована на уменьшение потребления электрической энергии, поэтому влияние паразитного ЭМИ может создавать помехи при работе электронных модулей ТС, особенно модуля радиоканала. Такие системы необходимо защищать электромагнитными экранами.

Электромагнитные экраны могут создаваться как вокруг помещений для защиты работающего персонала, так и вокруг отдельных изделий. Стандартные решения, используемые для изделий, основаны на их установке внутри металлических корпусов. Паразитное или преднамеренное воздействие электромагнитного излучения может вызывать как обратимые (временные помехи), так и необратимые последствия, приводящие к ложным срабатываниям или разрушению.

«Для защиты модулей трансдермальных систем от воздействия электромагнитного излучения мы предлагаем использовать тонкие пленки металлов высокой проводимости субмикронной и наноразмерной толщины. Подложкой для их формирования могут служить практически любые диэлектрические поверхности электротехнических устройств, требующих электромагнитной защиты», – электроник ИЦ ЦМИД СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Олег Анатольевич Тестов.

Тонкие пленки создавались при помощи магнетронной распылительной системы (МРС), в которой используются сформированные у поверхности катода скрещенные электрическое и магнитное поля. МРС устанавливается в вакууме, она обеспечивает высокую скорость нанесения, высокую однородность и воспроизводимость свойств покрытий. Результаты исследований, проведенных при участии д.т.н. В. В. Лучинина, к.т.н. А. Е. Комлева, к.т.н. К. Г. Гареева, к.х.н. И. К. Хмельницкого, к.т.н. Севастьянова и аспиранта И.О. Тестова на тему обеспечения заданного уровня экранирования тонкими пленками никеля, полученными методом магнетронного распыления, опубликованы в журнале Coatings.

Использование пленок никеля обусловлено свойствами этого материала, а именно высокой электрической проводимостью и сравнительно низкой стоимостью по сравнению с золотом, серебром и другими благородными металлами.

«Преимущества никеля заключаются в высокой стойкости при эксплуатации в условиях воздействия повышенных влажности и температуры. К тому же, никель относится к магнитным материалам, что повышает потери энергии электромагнитной волны», – поясняет Олег Тестов.

Основные результаты проведенных работ показывают, что применение тонких пленок никеля толщиной от 35 нанометров снижает мощность электромагнитной волны не менее чем в 16 раз, что является достаточным для многих технических применений. Также разработанная учеными ЛЭТИ методика проведения измерений позволяет оценивать возможность обеспечения заданных характеристик электромагнитных экранов на этапе их проектирования.

«Предлагаемое нами техническое решение коррелирует с существующими теоретическими моделями, поэтому представляет собой хороший задел для проведений дальнейших исследований», – отмечает Олег Тестов.

Исследования в области создания конформных покрытий на основе тонких металлических пленок для обеспечения электромагнитной безопасности электронных устройств выполняются в рамках одного из направлений работ, проводимых при поддержке Российского научного фонда. Проект № 21-19-00719 под руководством заведующего кафедрой микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ», д.т.н., В.В. Лучинина стартовал в мае 2021 г. Он направлен на разработку к 2023 году интерактивной мультимодальной гибридной конформной микросистемы для оперативного трансдермального медико-биологического мониторинга и коррекции состояния организма.