Forskere præsenterer en et-trins lasersyntesemetode til fremstilling af bredbånds mikrobølgeabsorptionsmetamateriale

Forskere fra Chinese Academy of Sciences Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, National Physical Laboratory (U.K.), The University of Manchester (U.K.) og National University of Singapore har udviklet en ny tilgang, offentliggjort i International Journal of Extreme Manufacturing , for at fremstille et specifikt designet bredbåndsmikrobølgeabsorptionsmetamateriale med velkontrollerede elektriske og magnetiske egenskaber på et polyethylenterephthalat (PET) substrat ved hjælp af ultraviolet (UV) laserbestråling.

Processen involverer brug af en UV-laser til præcist at kontrollere karakteristikaene af 2D-mønster på et specielt formuleret donormateriale, som ved interaktion med laserstrålen danner magnetisk partikelindlejret grafen, hvilket resulterer i et meget funktionelt ultrabredbånd (1,56-18,3GHz) og bredbånd. vinkelmikrobølgeabsorptionsmetamateriale, som potentielt kan anvendes i automatisk og rulle-til-rulle-masseproduktion.

Denne forskning præsenterer en et-trins lasersyntesemetode, der muliggør spontan konvertering af PBI-blæk til 3D nanostruktureret grafen og reduktion af en flydende ion-precursor til Fe₃ O₄ magnetiske nanopartikler. Desuden udviste nogle af disse resulterende unikke strukturelle egenskaber overlegen absorptionsydelse sammenlignet med de fleste af de tidligere rapporterede MMA'er, og processen, der udføres i omgivende atmosfære, kræver kun donorbelægning og laserbestråling uden behov for efterbehandling.

"Den præcise plademodstandskontrol af laserinduceret grafen(LIG) med kun 5% afvigelse blev opnået ved passende laserfotoreaktion og termiske reaktioner, snarere end fast krystallængde af LIG med ukontrollerbar plademodstand. Magnetisk Fe₃ O₄ nanopartikler blev dannet ved hjælp af en præcis styret laser-induceret foto-termisk reaktion, snarere end en oxideret nano-blanding," sagde Dr. Yihe Huang, den første forfatter til denne artikel og Associate Researcher fra Ningbo Institute of Industrial Technology (NIMTE), kinesisk Videnskabsakademiet.

"Den laserkontrollerede fremstillingsproces resulterede i et fladt overfladelaminat med jævn fordeling af magnetiske og elektriske materialer. Som et resultat matchede de målte resultater af mikrobølgeabsorberen nøje det originale design."

"Ved brugen af ​​en sandwichstruktur har vi fremstillet avancerede flerlagsabsorbere, der matcher luftimpedansen over det bredest mulige driftsfrekvensområde, samtidig med at de opretholder en lille relativ tykkelse. Det første lag, der har et blødt konturformet cirkulært mønster, bidrager til en forlængelse i Integrationen af ​​cirkulære og firkantede mønstre i flerlagsstrukturen opnår negative permittivitetsmetamaterialeegenskaber, hvilket opnår en bemærkelsesværdig perfekt absorption (absorptivitet på 99%) mere end én gang inden for driftsfrekvensområdet," sagde Mr. Yize Li, Ph. D. Kandidat ved University of Manchester.

De ledende laminater, der blev fremstillet ved laserteknik, viser bemærkelsesværdigt ensartet plademodstandsfordeling. Arkmodstandsvariationen er næsten en størrelsesorden mindre end for screen- eller spraytrykning. Denne fordel hjalp den endelige ydeevne af den laserfremstillede mikrobølgeabsorber til at matche dets originale design.

Dr. Kewen Pan, Associate Researcher ved NIMTE sagde, "Efter passende tuning opnåede mikrobølgeabsorberen en gennemsnitlig absorptionskoefficient i området 97,2 % til 97,7 % over en bred båndbredde og række indfaldsvinkler. Baseret på min litteratursøgning, mikrobølgeabsorbenten har det bedste båndbredde/tykkelsesforhold, der nogensinde er rapporteret."

Professor Lin Li, direktør for Laser Extreme Manufacturing ved NIMTE og stipendiat ved Royal Academy of Engineering, kommenterede:"Denne forskning har opnået et stort gennembrud i den direkte produktion af konforme mikrobølgeabsorbere på komplekse strukturer, hvilket blev muliggjort af den samtidige dannelse og tuning af elektriske og magnetiske egenskaber af lasermønstrede materialer på fleksible og buede underlag.

"Med den hidtil højeste relative båndbredde og laveste tykkelsesmaterialer introducerer denne metode en ny mulighed for storskalafremstilling af metamaterialer til mikrobølgeabsorptionsapplikationer inden for luftfart, undertrykkelse af elektromagnetisk interferens (EMI) og 5G-teknologi."

Flere oplysninger: Yihe Huang et al., Et direkte lasersyntetiseret magnetisk metamateriale til lavfrekvent bredbåndspassiv mikrobølgeabsorption, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acdb0c

Leveret af International Journal of Extreme Manufacturing