Tynde carbonplader til afskærmning mod mikrobølger

Kulstofkompositter har mange nyttige egenskaber, med nye potentielle anvendelser, der opdages hele tiden. Forskere har udviklet en sort af tynde ark for at udnytte dens elektromagnetiske egenskaber til mikrobølgeafskærmning.

De usædvanlige egenskaber ved kulstof med højt overfladeareal giver en enorm mulighed for forskere til at lave kompositter med nyttige elektriske og elektromagnetiske egenskaber. Kulstofkompositter er særligt nyttige som lavvægts og ultratynd elektromagnetisk afskærmning.

På samme tid, ultralette kulstofskum er kendt for at have meget høj elektromagnetisk afskærmningsevne på grund af deres cellulære struktur. De er tilfældigvis også billige, gode varmeisolatorer og utrolig stærke deres lethed taget i betragtning.

Forskere er begyndt at undersøge egenskaberne af ultratynde kulholdige film og deres elektromagnetiske egenskaber. "Vi forventer, at de kan absorbere op til 50 % af den indfaldende mikrobølgeeffekt på trods af, at deres tykkelse kun er en lille brøkdel af hudens dybde, " siger Dr. Alain Celzard, en forsker, der leder et hold, der undersøger disse egenskaber.

Gennem det EU-finansierede initiativ NAmiceMC, de satte sig for at skabe en billig, let og miljøvenlig måde at skabe elektromagnetisk afskærmning på. Inspireret af en unik struktur fundet i møløjne, holdet havde til formål at skabe et materiale, der kan absorbere mikrobølgelængder.

NAmiceMC sammenlignede forskellene i effektivitet for elektromagnetisk afskærmning i kulstofskum, kulstof ultratynde film og kulstofkompositter. Forskerne testede disse forskellige materialer mod en række mikrobølgefrekvenser og sammenlignede dem med en teoretisk model af materialernes elektromagnetik.

Holdet gennemførte en sammenlignende undersøgelse af elektromagnetisk afskærmningseffektivitet af forskellige materialer og arrangementer. "Vi demonstrerede i dette projekt, at alle typer kulstofstruktur, som vi undersøgte, kunne være effektive til at løse det elektromagnetiske kompatibilitetsproblem, " siger Dr. Celzard.

Nyttige forbindelser

Hvor lethed er påkrævet, holdet fandt ud af, at både tynde kulstoffilm og kulstofskum eller aerogeler er at foretrække. Når gode mekaniske egenskaber er nødvendige, de fandt ud af, at det bedste valg var polymerkompositter fyldt med kulstof til høj-elektromagnetisk interferensafskærmningseffektivitet.

Forskerne udviklede en database med en bred samling af elektromagnetiske egenskaber og elektromagnetisk afskærmningseffektivitet for hver af de typer af materialer, der blev undersøgt i projektet. De foreslog et effektivt arrangement af partiklerne på en måde, der beskriver de vigtigste egenskaber ved eksfolierede grafitbaserede kompositter. Det lykkedes for teamet at skabe en brugbar og klar metode til modellering af arrangementerne uden brug af kommerciel software.

"Den udviklede metodologi gav en bedre forståelse af de fysiske processer i nanocarbon-baserede kompositter, " Dr. Celzard bemærker. Holdet fandt ud af, at de bedst egnede afskærmningsmaterialer er dem, der har den højest mulige ledningsevne i lavfrekvensområdet, og som har lav tykkelse.

NAmiceMC havde forventet at have høj absorption, der ville påvirke celle- og vinduesstørrelsen af ​​netformede kulstofskum i materialearrangementet. Imidlertid, holdet fandt ud af, at kulstofskelettets ledningsevne var så høj, at disse strukturer for det meste reflekterede i lavfrekvens- og mikrobølgeområder. Forskerne var overraskede over at finde ud af, at retikulerede kulstofskum kunne være meget absorberende i terahertz-området, meget højere end den forudsagte vinduesstørrelse.

Bevæger sig fremad

NAmiceMC-teamet fortsætter aktivt forskning inden for elektromagnetiske anvendelser af forskellige porøse kulstofstrukturer. Forskerne planlægger at designe nye metaoverflader baseret på en teknik udviklet i løbet af projektperioden, som kan transformere vilkårligt formede 3-D strukturer til kulstofholdige magnetiske materialer.

NAmiceMC planlægger at eksperimentelt bevise konceptet om et elektromagnetisk sort hul, og at bygge en prototype af en meget følsom elektromagnetisk detektor. De har allerede indsendt et MSCA RISE-forslag om denne aktivitet i år.