محققان کره جنوبی یک فیلم کامپوزیتی فوق نازک با ضخامت تنها 17.5 میکرومتر ساخته اند که بیش از 99.9999999 درصد از امواج رادار و باندهای ارتباطی را مسدود می کند.
گزارش کردن خدمات فناوری یک مرحله ایگروه های تحقیقاتی موسسه علوم مواد کره (KIMS) و موسسه علم و فناوری کره (KIST) این فیلم هیبریدی را با ترکیب الیاف نانولوله کربنی (CNT) و نانومواد دو بعدی MXene ساخته اند. برای ترکیب این دو ماده، محققان از ساختاری شبیه به روش سنتی «آجر و ملات» در معماری استفاده کردهاند. از این فناوری می توان در توسعه فناوری های پنهان کاری، صنایع هوافضا و تجهیزات الکترونیکی استفاده کرد.
یکی از اهداف اصلی این پروژه ایجاد ماده ای بود که بتواند همزمان امواج الکترومغناطیسی را مسدود کند، تابش مادون قرمز کم و قدرت فیزیکی بالایی داشته باشد. این ویژگی ها برای تجهیزات الکترونیکی و فناوری های پنهان کاری بسیار مهم هستند.
ترکیبی از نانولوله کربنی و MXene با ساختار آجر و ملات
فلزات معمولی می توانند محافظ مناسبی در برابر امواج الکترومغناطیسی ایجاد کنند، اما وزن سنگین، خوردگی و انعطاف پذیری محدود آنها استفاده از آنها را در برخی تجهیزات پیشرفته دشوار می کند. برای حل این مشکل، محققان به نانولوله های کربنی روی آوردند.
الیاف CNT وزن کم، استحکام بالا و هدایت الکتریکی بسیار خوبی دارند. با این حال، تبدیل این رشته ها به ورقه های بزرگ و یکنواخت دشوار است. همچنین نانولوله های کربنی در مقابل حسگرهای حرارتی مادون قرمز به خوبی پنهان نمی شوند و به راحتی قابل تشخیص هستند.
نانومواد MXene خواص مختلفی دارد. این نانو ماده دو بعدی می تواند تابش مادون قرمز را جذب کند و به همین دلیل گزینه مناسبی برای کاهش ردپای حرارتی است. در مقابل، ورق های MXene شکننده و شکننده هستند و در مواجهه با شرایط محیطی واقعی می توانند به سرعت تخریب شوند.
محققان با ترکیب این دو ماده سعی کردند نقاط ضعف هر یک را با ویژگی های ماده دیگر جبران کنند. تیم تحقیقاتی به رهبری دکتر Taehoon Kim از KIMS و با مشارکت دکتر Seon Joon Kim و دکتر Jao Kim از KIST، برای رسیدن به این هدف از ساختار آجر و ملات الهام گرفتند.
آنها سطح الیاف نانولولههای کربنی را با گروههای آمین اصلاح کردند تا یک پیوند مولکولی قوی بین CNTs و صفحات MXene ایجاد کنند. سپس محققان به طور مداوم این الیاف اصلاح شده را از طریق محلول MXene عبور داده و به طور فشرده آنها را در کنار یکدیگر قرار دادند.
بیشتر بخوانید: فناوری جدید چین برای شناسایی زیردریایی های رادارگریز
عملکرد فیلم مسدود کننده امواج رادار
در ساختار نهایی، الیاف تراز نانولوله های کربنی نقش ستون اصلی را ایفا می کنند و بار را تحمل می کنند. ورق های MXene مانند ملات، شکاف های میکروسکوپی بین این الیاف را پر می کنند. این ساختار از لغزش الیاف تحت تنش جلوگیری می کند و در عین حال یک شبکه الکتریکی پیوسته در سراسر فیلم ایجاد می کند.
Taehoon Kim درباره این فناوری گفت: نکته کلیدی این فناوری ترکیب نانومواد با خواص مختلف مانند آجر و ملات است که این روش ضمن حفظ نقاط قوت هر ماده، نقاط ضعف آنها را نیز جبران می کند.
فیلم تولید شده تنها 17.5 میکرومتر ضخامت دارد و حدود 90 دسی بل حفاظت الکترومغناطیسی را فراهم می کند. با توجه به نتایج اعلام شده، این تابع برای مسدود کردن بیش از 99.9999999 درصد از امواج رادار و باندهای ارتباطی کافی است.
استحکام کششی این ماده نیز به 1.02 گیگا پاسکال می رسد و از نظر دوام مکانیکی با فولادهای سازه ای با مقاومت بالا قابل مقایسه است. این ویژگی در کنار ضخامت بسیار کم فیلم، اجازه می دهد تا ماده جدید بدون ترک خوردگی یا از دست دادن مسیرهای رسانای خود، بارها خم، تا و پیچ خورده شود.
فیلم جدید همچنین دارای تابش مادون قرمز بسیار کم است. این ویژگی تشعشعات حرارتی را کاهش می دهد و شناسایی اجسام با دوربین های حرارتی را دشوارتر می کند. مقاومت در برابر دما و رطوبت بالا همچنین به این ماده اجازه می دهد تا پایداری عملکرد خود را در محیط هایی که MXene خالص معمولاً تخریب می شود حفظ کند.
بیشتر بخوانید: اولین تصاویر از پهپاد Wildfire، جانشین جدید MQ-9 Reaper
برنامه های کاربردی از جنگنده های رادارگریز تا گوشی های هوشمند
ترکیبی از مسدود کردن امواج الکترومغناطیسی، کاهش تابش مادون قرمز، استحکام و انعطاف پذیری بالا می تواند این فیلم را برای فناوری های نظامی جذاب کند. اگر این ماده برای کاربردهای عملیاتی تطبیق داده شود، امکان استفاده از آن در جنگنده های رادارگریز، پهپادهای شناسایی و سایر هواپیماهای نظامی وجود خواهد داشت.
استفاده از این کامپوزیت می تواند وزن تجهیزات، انتشار امواج الکترونیکی و ردپای حرارتی آنها را کاهش دهد. چنین ویژگی هایی می تواند شناسایی تجهیزات نظامی با رادارها و سیستم های حرارتی را دشوارتر کند.
با این حال، کاربردهای بالقوه فیلم جدید به صنعت نظامی محدود نمی شود. گسترش شبکه های 5G و توسعه فناوری 6G، تداخل الکترومغناطیسی بین قطعات داخلی دستگاه ها را به چالشی مهم برای مهندسان سخت افزار تبدیل کرده است.
ضخامت بسیار کم این فیلم امکان استفاده از آن را در تجهیزات الکترونیکی کوچک فراهم می کند. سازندگان می توانند از این ماده در داخل گوشی های هوشمند باریک، ساعت های هوشمند، ردیاب های سلامت پوشیدنی و تبلت های تاشو استفاده کنند.
این فیلم مسدود کننده امواج راداری می تواند اجزای داخلی را در برابر تداخل الکترومغناطیسی بدون افزایش قابل توجه وزن یا ضخامت دستگاه محافظت کند. مجموعه این ویژگی ها مواد جدید محققان کره جنوبی را به گزینه ای برای توسعه نسل بعدی تجهیزات سبک، انعطاف پذیر و مقاوم در برابر امواج الکترومغناطیسی تبدیل کرده است.
بیشتر بخوانید: معرفی جنگنده های نسل اول تا ششم + ویژگی های کلیدی
گفتگو در مورد این post