DE102007021954A1 - Device for reflecting electromagnetic radiation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schichtanordnung zum Reflektieren elektromagnetischer Strahlung mit einer ersten Schicht (1) und einer darauf vorgesehenen zweiten Schicht (2), wobei die erste Schicht (1) aus einem für elektromagnetische Strahlung mit einer Referenzfrequenz (f) im Bereich zwischen 5 GHz und 10 THz durchlässigen ersten Material (m1) mit einem ersten Brechungsindex (n1) und einer Dicke von ungefähr einem Viertel der Wellenlänge (lambda) der elektromagnetischen Strahlung der Referenzfrequenz (f) in dem ersten Material (m1) gebildet ist, wobei die zweite Schicht (2) aus einem für die elektromagnetische Strahlung der Referenzfrequenz (f) durchlässigen zweiten Material (m2) mit einem zweiten Brechungsindex (n2) und einer Dicke von ungefähr einem Viertel oder der Hälfte der Wellenlänge (lambda) der elektromagnetischen Strahlung der Referenzfrequenz (f) in dem zweiten Material (m2) gebildet ist, wobei der erste Brechungsindex größer als der zweite Brechungsindex (n2) ist und wobei ein Reflexionsmaximum der aus der ersten (1) und der zweiten Schicht (2) gebildeten Schichtabfolge im Bereich von 5 GHz bis 10 THz liegt. Zur Verbesserung der Reflexionseigenschaften wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das erste Material (m1) ein mit einem Füllstoff versetzter erster Kunststoff ist.The invention relates to a layer arrangement for reflecting electromagnetic radiation with a first layer (1) and a second layer (2) provided thereon, wherein the first layer (1) consists of one for electromagnetic radiation with a reference frequency (f) in the range between 5 GHz and 10 THz transmissive first material (m1) having a first refractive index (n1) and a thickness of approximately one quarter of the wavelength (lambda) of the electromagnetic radiation of the reference frequency (f) is formed in the first material (m1), the second layer ( 2) of a second material (m2) having a second refractive index (n2) and a thickness of approximately one fourth or half the wavelength (lambda) of the electromagnetic radiation of the reference frequency (f) in permeable to the electromagnetic radiation of the reference frequency (f) the second material (m2) is formed, wherein the first refractive index is greater than the second refractive index (n2) and wherein a reflection maximum of the layer sequence formed from the first (1) and the second layer (2) is in the range of 5 GHz to 10 THz. To improve the reflection properties, it is proposed according to the invention that the first material (m1) is a first plastic mixed with a filler.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reflektieren elektromagnetischer Strahlung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for reflecting electromagnetic Radiation according to the preamble of claim 1.
Eine
solche Vorrichtung ist aus der
Bei dem bekannten Bauelement handelt es sich um ein optisches Bauelement, welches eine erste Schicht und eine darauf angeordnete zweite Schicht aufweist. Die erste Schicht ist aus einem optisch durchlässigen ersten Kunststoff mit einem ersten Brechungsindex und einer optischen Dicke von ungefähr einem Viertel der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung hergestellt. Die zweite Schicht ist aus einem optisch durchlässigen zweiten Kunststoff mit einem zweiten Brechungsindex und einer optischen Dicke von ungefähr einem Viertel oder der Hälfte der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung hergestellt. Der erste und der zweite Brechungsindex der verwendeten Kunststoffe sind unterschiedlich ausgestaltet. Es ergibt sich damit eine Anordnung, welche im Gigahertz- und Terahertz-Frequenzbereich ein Reflexionsmaximum aufweist.at the known component is an optical component, which is a first layer and a second layer disposed thereon having. The first layer is made of an optically permeable first plastic having a first refractive index and an optical one Thickness of about one quarter of the wavelength made of electromagnetic radiation. The second layer is made of an optically permeable second plastic having a second refractive index and an optical thickness of approximately a quarter or half of the wavelength made of electromagnetic radiation. The first and the second refractive index of the plastics used are different designed. This results in an arrangement which in the gigahertz and terahertz frequency range has a reflection maximum.
Das bekannte optische Bauelement lässt sich zwar mit einem relativ geringen Kostenaufwand herstellen. Allerdings sind dessen Reflexionseigenschaften, insbesondere im Terahertz-Frequenzbereich, nicht besonders gut.The Although known optical component can be with a produce relatively low cost. However, its Reflection properties, especially in the terahertz frequency range, not very well.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine möglichst einfach und kostengünstig herstellbare Vorrichtung an gegeben werden, welche verbesserte Reflexionseigenschaften im Gigahertz- und Terahertz-Frequenzbereich aufweist.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. In particular, it should be as simple as possible and cost-manufacturable device to be given to which improved reflection properties in the gigahertz and terahertz frequency range having.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 14.These The object is solved by the features of claim 1. Expedient embodiments of the invention result from the features of claims 2 to 14.
Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Material ein mit einem Füllstoff versetzter erster Kunststoff ist. Die vorgeschlagene Vorrichtung lässt sich mit herkömmlichen aus der Kunststofftechnik bekannten Technologien einfach und kostengünstig herstellen. Sie weist im Vergleich zu herkömmlichen aus Kunststoff hergestellten Vorrichtungen zum Reflektieren elektromagnetischer Strahlung im Gigahertz- und Terahertz-Frequenzbereich erheblich verbesserte Reflexionseigenschaften auf. Insbesondere ermöglicht die vorgeschlagene Vorrichtung eine Einstellung der Lage und der Breite des Reflexionsmaximums. Außerhalb des Reflexionsmaximums kann die Vorrichtung für elektromagnetische Strahlung weitgehend transparent sein. Wegen des im ersten Material enthaltenden Füllstoffs ist die Transparenz im optischen Bereich allerdings eingeschränkt.To According to the invention, it is provided that the first material is a filled with a filler first plastic. The proposed device can be compared with conventional From the plastics technology known technologies easily and inexpensively produce. It has plastic compared to conventional ones manufactured devices for reflecting electromagnetic Radiation in the gigahertz and terahertz frequency range considerably improved reflection properties. In particular, allows the proposed device is a setting of the situation and the Width of the reflection maximum. Outside the reflection maximum The device for electromagnetic radiation can be largely be transparent. Because of the filler contained in the first material However, the transparency in the optical range is limited.
Die vorgeschlagene Schichtanordnung ist üblicherweise auf einem Träger aufgebracht und bildet in Kombination mit dem Träger ein Bauelement, beispielsweise einen Strahlungsleiter, eine Linse, ein Prisma oder dgl.. Die Schichtabfolge kann aber auch auf einer Gebäudewand, insbesondere einer Gebäudeinnenwand, beispielsweise in Form einer mit der Schichtabfolge versehenen Tapete, vorgesehen sein.The proposed layer arrangement is usually on a Carrier applied and forms in combination with the carrier a component, for example a radiation conductor, a lens, a prism or the like .. The layer sequence can also on a Building wall, in particular a building inner wall, for example in the form of a layered wallpaper, be provided.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Füllstoff im ersten Material in einem Anteil von zumindest 20 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 30 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest 40 Gew.-%, enthalten ist. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei einem hohen Füllstoffanteil im ersten Material die Reflexionseigenschaften der Schichtanordnung erheblich verbessert werden können.To an advantageous embodiment of the invention is provided that the filler in the first material in a proportion of at least 20% by weight, preferably at least 30% by weight, especially preferably at least 40 wt .-%, is contained. It has shown, that in particular at a high filler content in the first Material the reflection properties of the layer arrangement significantly can be improved.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Füllstoff eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,1 bis 60 μm, vorzugsweise 0,1 bis 10 μm, auf. Die Dichte des Füllstoffs liegt zweckmäßigerweise im Bereich von 2,0 g/cm3 bis 6,5 cm3, vorzugsweise im Bereich von 2,2 g/cm3 bis 4,5 g/cm3. Der Füllstoff ist vorteilhafterweise aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe gebildet: TiO2, SiO2, Si, ZrO2, Al2O3, CaO, MgO. Die vorgeschlagenen Füllstoffe verleihen dem ersten Material ein ansprechendes helles, insbesondere weißes oder auch teilweise transparentes Aussehen.According to a further embodiment, the filler has an average particle size in the range of 0.1 to 60 .mu.m, preferably 0.1 to 10 .mu.m. The density of the filler is suitably in the range of 2.0 g / cm 3 to 6.5 cm 3 , preferably in the range of 2.2 g / cm 3 to 4.5 g / cm 3 . The filler is advantageously formed from one or more of the following: TiO 2 , SiO 2 , Si, ZrO 2 , Al 2 O 3 , CaO, MgO. The proposed fillers give the first material an appealing bright, especially white or partially transparent appearance.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste Kunststoff aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Polyolefine, insbesondere Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyurethan oder Polyethylenterephtalat. Besonders bevorzugt werden Kunststoffe, welche sich durch eine besonders geringe Feuchtigkeitsaufnahme auszeichnen. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Kunststoff einen besonders geringen Verlustfaktor bei 106 Hz aufweist, so dass er insbesondere für elektromagnetische Strahlung im Gigahertz- und Terahertz-Frequenzbereich eine gute Transmission bietet. Insoweit hat sich insbesondere Polypropylen als besonders geeigneter Kunststoff zur Herstellung des ersten Materials erwiesen.According to a further embodiment, it is provided that the first plastic is selected from the following group: polyolefins, in particular polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyurethane or polyethylene terephthalate. Particularly preferred are plastics which are characterized by a particularly low moisture absorption. Furthermore, it is advantageous if the plastic is a particularly ge has a loss factor of 10 6 Hz, so that it offers a good transmission especially for electromagnetic radiation in the gigahertz and terahertz frequency range. In that regard, in particular polypropylene has proven to be a particularly suitable plastic for the production of the first material.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Material eine Dichte im Bereich von 1,2 g/cm3 bis 3,5 g/cm3, vorzugsweise von 2,3 g/cm3 bis 2,6 g/cm3, auf. Dabei liegt der erste Brechungsindex vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 4,0.According to a further embodiment of the invention, the first material has a density in the range of 1.2 g / cm 3 to 3.5 g / cm 3 , preferably from 2.3 g / cm 3 to 2.6 g / cm 3 , on , The first refractive index is preferably in the range of 1.5 to 4.0.
Der
Begriff "Brechungsindex" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung
allgemein zu verstehen. Anstelle des Brechungsindex kann zur Beschreibung
der diesbezüglichen Materialeigenschaft auch die Dielektrizitätskonstante
verwendet werden, welche mit dem Brechungsindex gemäß der
Maxwell-Relation wie folgt verknüpft ist:
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Material aus einem zweiten Kunststoff gebildet. Der zweite Kunststoff kann aus der vorgenannten Gruppe ausgewählt sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass das erste und das zweite Material aus demselben Kunststoff gebildet sind. Das ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung einer besonders festen Verbindung zwischen der ersten und zweiten Schicht, beispielsweise mittels Schweißen oder dgl..To Another embodiment of the invention is the second material formed from a second plastic. The second plastic can be selected from the aforementioned group. As special Advantageously, it has been found that the first and the second Material are formed from the same plastic. This allows in a simple way, the production of a particularly strong connection between the first and second layers, for example by means of Welding or the like
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die erste Schicht eine aus dem ersten Material hergestellte erste Folie und mittels eines Klebstoffs mit der zweiten Schicht verbunden. Als Klebstoff kann dabei ein zum Verkleben des jeweils verwendeten ersten Kunststoffs geeigneter herkömmlicher Klebstoff verwendet werden.To In a further embodiment, the first layer is one of first material produced first film and by means of an adhesive connected to the second layer. As an adhesive can be a suitable for bonding the first plastic used in each case conventional adhesive can be used.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die zweite Schicht ebenfalls eine aus dem zweiten Material hergestellte Folie sein. Insoweit kann die erfindungsgemäße Schichtanordnung also aus einer Schichtabfolge bestehen, welche die erste Folie in Verbindung mit der zweiten Folie enthält. Die Schichtab folge kann selbstverständlich auch aus einer Wechselfolge mehrerer erster und zweiter Folien bestehen.To In a further embodiment, the second layer can also be a be made of the second material film. In that regard, can the layer arrangement according to the invention thus from consist of a layer sequence, which the first film in conjunction containing the second foil. The Schichtab sequence can of course also from an alternation of several consist of first and second slides.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schichtabfolge eine auf der zweiten Schicht aufgebrachte dritte Schicht aus einem für die elektromagnetische Strahlung der Referenzfrequenz durchlässigen dritten Material mit einem dritten Brechungsindex gebildet ist, wobei der zweite Brechungsindex größer als der dritte Brechungsindex ist. Damit kann eine weitere Verbesserung der Reflexionseigenschaften erreicht werden.To A further embodiment provides that the layer sequence a third layer of one applied to the second layer permeable to the electromagnetic radiation of the reference frequency third material is formed with a third refractive index, wherein the second refractive index is greater than that third refractive index is. This can be another improvement the reflection properties are achieved.
Die Schichtabfolge kann insoweit mehrere abwechselnd übereinander angeordnete erste, zweite und ggf. dritte Schichten umfassen.The Layer sequence can in this respect several alternately one above the other arranged arranged first, second and possibly third layers.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der nachfolgenden Figuren und Tabellen näher erläutert. Es zeigen:following Be exemplary embodiments of the invention with reference to the following Figures and tables explained in more detail. Show it:
Die
Dicke der ersten Schicht beträgt ein Viertel der Wellenlänge
einer Referenzstrahlung, welche beispielsweise aus einem Bereich
von 5 GHz bis 10 THz ausgewählt ist. Die Dicke der zweiten
Schicht
Die
Funktion der in den
Eine einfallende elektromagnetische
Strahlung einer Referenzfrequenz wird an der Grenzfläche
von einem optisch dünneren Material zu einem optisch dichteren
Material hin reflektiert. Die reflektierte Welle fährt
eine Phasenverschiebung von der Hälfte der Wellenlänge.
Da sämtliche Schichten eine optische Dichte von einem Viertel
einer geeigneten Referenzfrequenz haben, wird einfallende Strahlung
der Referenzfrequenz bei senkrechtem Einfall fast vollständig
reflektiert.The function of in the
An incident electromagnetic radiation of a reference frequency is reflected at the interface from an optically thinner material to a more optically denser material. The reflected wave travels a phase shift of half the wavelength. Since all layers have an optical density of one quarter of a suitable reference frequency, incident radiation of the reference frequency is almost completely reflected by normal incidence.
Zur Herstellung
der ersten Schicht
For the preparation of the first layer
Der Zusatzstoff dient der verbesserten Haftung und Anbindung des Füllstoffs an die Polymermatrix.Of the Additive is used for improved adhesion and bonding of the filler to the polymer matrix.
Das erste Material m1 ist unter Verwendung unterschiedlicher Füllstoffe und mit unterschiedlichen Anteilen dieser Füllstoffe hergestellt worden.The first material m1 is using different fillers and made with different proportions of these fillers Service.
Die
nachfolgende Tabelle gibt die jeweils verwendeten Füllstoffe
wieder:
Unter
Verwendung unterschiedlicher Anteile der vorgenannten Füllstoffe
haben sich unter Verwendung von Polypropylen (PP) für das
erste Material folgende Eigenschaften ergeben: PP + Füllstoff SiO2
Zur Herstellung des ersten Materials wird das Polypropylen in einem Compounder aufgeschmolzen. Nachfolgend wird der Füllstoff in der jeweils vorgegebenen Menge über eine Dosiervorrichtung der im Compounder befindlichen Schmelze zugegeben. Anschließend erfolgt eine intensive Durchmischung und damit die Herstellung einer Dispersion der Pulverpartikel in der Schmelze. Die schmelzflüssige Dispersion wird anschließend zu einem Granulat verarbeitet.to Production of the first material is the polypropylene in one Melted compounder. The following is the filler in the respective predetermined amount via a metering device added to the melt contained in the compounder. Subsequently an intensive mixing and thus the production of a Dispersion of the powder particles in the melt. The molten one Dispersion is then processed into granules.
Dieses
Granulat dient nachfolgend zur Herstellung einer ersten Folie mittels
Extrusion. Diese erste Folie kann mit einer ebenfalls mittels Extrusion
aus Polypropylen hergestellten zweiten Folie anschließend
unter Verwendung eines Klebstoffs zu der in
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als erster und zweiter Kunststoff jeweils Polypropylen verwendet worden. Selbstverständlich ist es möglich, zur Herstellung des ersten Materials andere Kunststoffe zu verwenden. Zur Herstellung des zweiten Materials können vom ersten Kunststoff verschiedene Kunststoffe verwendet werden. Als zweites Material muss nicht unbedingt ein Kunststoff verwendet werden. Es können hier auch Glas, Metall oder andere geeignete Materialien verwendet werden.In the present embodiment, polypropylene has been used as the first and second plastic, respectively. Of course, it is possible to use other plastics for the production of the first material. To produce the second material, different plastics can be used from the first plastic. The second material does not necessarily have to be plastic. It can Here also glass, metal or other suitable materials are used.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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