سبک‌ترین ماده محافظ الکترومغناطیسی جهان
- لینک مفید:استفاده از نانوپودر های مغناطیسی در فناوری 6G
- بیشتر بدانید:پس از 70 سال، نانوگرافن مغناطیسی سرانجام سنتز شد
سبک‌ترین ماده محافظ الکترومغناطیسی جهان
موتورهای الکتریکی و دستگاه‌های الکترونیکی میدان‌های الکترومغناطیسی تولید می‌کنند که گاهی اوقات باید محافظت شوند تا بر اجزای الکترونیکی مجاور یا انتقال سیگنال‌ها تأثیر نگذارند.
میدان‌های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا را فقط می‌توان با پوسته‌های رسانا که از همه طرف بسته هستند، محافظت کرد.
اغلب از ورق‌های فلزی نازک یا فویل‌های متالیزه برای این منظور استفاده می‌شود. با این حال، برای بسیاری از کاربردها، چنین محافظی بسیار سنگین است یا سازگاری بسیار کمی با هندسه داده شده دارد.
راه حل ایده‌آل، یک ماده سبک، انعطاف‌پذیر و بادوام با اثربخشی محافظتی بسیار بالا خواهد بود.
آئروژل‌ها در برابر تابش الکترومغناطیسی
اکنون یک تیم تحقیقاتی به رهبری ژیهویی زنگ و گوستاو نیستروم به موفقیتی در این زمینه دست یافته‌اند.
محققان از نانوفیبرهای سلولز به عنوان پایه‌ای برای آئروژل استفاده می‌کنند که ماده‌ای سبک و بسیار متخلخل است.
الیاف سلولز از چوب به دست می‌آیند و به دلیل ساختار شیمیایی خود، طیف وسیعی از اصلاحات شیمیایی را ممکن می‌سازند.
بنابراین، آنها یک موضوع تحقیقاتی بسیار محبوب هستند. عامل حیاتی در پردازش و اصلاح این نانوفیبرهای سلولزی، توانایی تولید ریزساختارهای خاص به روشی تعریف شده و تفسیر اثرات به دست آمده است.
این روابط بین ساختار و خواص، زمینه اصلی تحقیقات تیم نیستروم در Empa است.
محققان موفق به تولید ترکیبی از نانوفیبرهای سلولزی و نانوسیم‌های نقره شده‌اند و در نتیجه ساختارهای ریز فوق سبکی ایجاد کرده‌اند که محافظ بسیار خوبی در برابر تابش الکترومغناطیسی هستند.
اثر این ماده چشمگیر است: با چگالی تنها ۱.۷ میلی‌گرم در هر سانتی‌متر مکعب، آئروژل سلولزی تقویت‌شده با نقره، در محدوده فرکانسی تابش رادار با وضوح بالا (۸ تا ۱۲ گیگاهرتز) به بیش از ۴۰ دسی‌بل محافظت دست می‌یابد، به عبارت دیگر: تقریباً تمام تابش در این محدوده فرکانسی توسط این ماده رهگیری می‌شود.
کریستال‌های یخ شکل را کنترل می‌کنند
نه تنها ترکیب صحیح سیم‌های سلولز و نقره برای اثر حفاظتی تعیین‌کننده است، بلکه ساختار منافذ ماده نیز تعیین‌کننده است.
در داخل منافذ، میدان‌های الکترومغناطیسی به جلو و عقب منعکس می‌شوند و علاوه بر این، میدان‌های الکترومغناطیسی را در ماده کامپوزیت ایجاد می‌کنند که با میدان تابشی مقابله می‌کنند.
برای ایجاد منافذ با اندازه و شکل بهینه، محققان ماده را در قالب‌های از پیش سرد شده می‌ریزند و اجازه می‌دهند تا به آرامی منجمد شود.
رشد کریستال‌های یخ، ساختار منافذ بهینه را برای میرایی میدان‌ها ایجاد می‌کند.
با این روش تولید، اثر میرایی حتی می‌تواند در جهات مکانی مختلف مشخص شود: اگر ماده در قالب از پایین به بالا منجمد شود، اثر میرایی الکترومغناطیسی در جهت عمودی ضعیف‌تر است.
در جهت افقی یعنی عمود بر جهت انجماد، اثر میرایی بهینه می‌شود. سازه‌های محافظ ریخته‌گری شده به این روش بسیار انعطاف‌پذیر هستند: حتی پس از هزار بار خم شدن به جلو و عقب، اثر میرایی عملاً مشابه ماده اصلی است.
جذب مورد نظر حتی می‌تواند به راحتی با افزودن نانوسیم‌های نقره بیشتر یا کمتر به کامپوزیت، و همچنین با تخلخل آئروژل ریخته‌گری شده و ضخامت لایه ریخته‌گری شده، تنظیم شود.
سبک‌ترین سپر الکترومغناطیسی جهان
در آزمایش دیگری، محققان نانوسیم‌های نقره را از ماده کامپوزیت جدا کرده و نانوفیبرهای سلولزی خود را با نانوصفحات دوبعدی کاربید تیتانیوم که با استفاده از یک فرآیند حکاکی ویژه تولید شده بودند، متصل کردند.
نانوصفحات مانند "آجرهای" سختی عمل می‌کنند که با "ملات" انعطاف‌پذیر ساخته شده از الیاف سلولز به هم متصل شده‌اند.
این فرمولاسیون همچنین به صورت هدفمند در قالب‌های خنک شده منجمد شد. در رابطه با وزن ماده، هیچ ماده دیگری نمی‌تواند به چنین محافظتی دست یابد.
این امر، آئروژل نانوسلولز کاربید تیتانیوم را به عنوان سبک‌ترین ماده محافظ الکترومغناطیسی در جهان رتبه‌بندی می‌کند.
تاریخ:1404/7/20
مهسا نعمتی
