Dünne Carbonfolien zur Abschirmung von Mikrowellen

Anonim

Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe haben viele nützliche Eigenschaften, wobei ständig neue Nutzungsmöglichkeiten entdeckt werden. Forscher haben eine Dünnschicht-Variante entwickelt, um ihre elektromagnetischen Eigenschaften für die Mikrowellenabschirmung zu nutzen.

Die ungewöhnlichen Eigenschaften von Kohlenstoffen mit großer Oberfläche bieten Wissenschaftlern eine große Chance, Komposite mit nützlichen elektrischen und elektromagnetischen Eigenschaften herzustellen. Kohlenstoff-Komposite sind besonders nützlich als geringes Gewicht und ultradünne elektromagnetische Abschirmung.

Gleichzeitig ist bekannt, dass ultraleichte Kohlenstoffschäume aufgrund ihrer zellulären Struktur eine sehr hohe elektromagnetische Abschirmungsfähigkeit aufweisen. Sie sind auch billig, gute Wärmeisolatoren und unglaublich stark in Anbetracht ihrer Leichtigkeit.

Wissenschaftler haben damit begonnen, die Eigenschaften von ultradünnen kohlenstoffhaltigen Filmen und ihre elektromagnetischen Eigenschaften zu untersuchen. "Wir erwarten, dass sie bis zu 50% der einfallenden Mikrowellenleistung aufnehmen können, obwohl ihre Dicke nur einen Bruchteil der Hauttiefe beträgt", sagt Dr. Alain Celzard, Forscher, der ein Team leitet, das diese Eigenschaften untersucht.

Im Rahmen der EU-finanzierten Initiative NAmiceMC haben sie sich zum Ziel gesetzt, eine kostengünstige, leichte und umweltfreundliche Methode zur Erzeugung elektromagnetischer Abschirmung zu schaffen. Inspiriert von einer einzigartigen Struktur, die in Mottenaugen gefunden wird, wollte das Team schließlich ein Material schaffen, das Mikrowellenwellenlängen absorbieren kann.

NAmiceMC verglich die Unterschiede in der Wirksamkeit der elektromagnetischen Abschirmung in Kohlenstoffschäumen, Kohlenstoff-Ultradünnfilmen und Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen. Die Forscher testeten diese verschiedenen Materialien gegen eine Reihe von Mikrowellenfrequenzen und verglichen sie mit einem theoretischen Modell der Elektromagnetik der Materialien.

Das Team führte eine vergleichende Studie über die Wirksamkeit der elektromagnetischen Abschirmung verschiedener Materialien und Anordnungen durch. "Wir haben in diesem Projekt gezeigt, dass alle Arten von Kohlenstoffstruktur, die wir untersucht haben, effektiv sein könnten, um das Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit zu lösen", erklärt Dr. Celzard.

Nützliche Verbindungen

Wo Leichtigkeit gefragt ist, fand das Team, dass sowohl dünne Kohlenstofffilme als auch Kohlenstoffschäume oder Aerogele bevorzugt sind. Wenn gute mechanische Eigenschaften erforderlich sind, fanden sie, dass die beste Wahl die mit Kohlenstoff gefüllten Polymerkomposite für eine hohe elektromagnetische Interferenzabschirmungseffizienz waren.

Die Forscher entwickelten eine Datenbank mit einer breiten Sammlung elektromagnetischer Eigenschaften und elektromagnetischer Abschirmungseffizienz für jede Art von Materialien, die in dem Projekt untersucht wurden. Sie schlugen eine effektive Anordnung der Partikel in einer Weise vor, die die wichtigsten Merkmale von exfoliierten Graphit-basierten Verbundwerkstoffen beschreibt. Dem Team war es gelungen, eine nützliche und klare Methode zur Modellierung der Arrangements zu entwickeln, ohne kommerzielle Software zu verwenden.

"Die entwickelte Methodik ermöglichte ein besseres Verständnis der physikalischen Prozesse in Nanokohlenstoff-basierten Verbundwerkstoffen", erklärt Dr. Celzard. Das Team fand heraus, dass die am besten geeigneten Abschirmmaterialien solche sind, die im niederfrequenten Bereich die höchstmögliche Leitfähigkeit aufweisen und eine geringe Dicke aufweisen.

NAmiceMC hatte eine hohe Absorption erwartet, die die Zell- und Fenstergröße von retikulierten Kohlenstoffschäumen in der Materialanordnung beeinflussen würde. Das Team fand jedoch heraus, dass die Leitfähigkeit des Kohlenstoffgerüsts so hoch war, dass diese Strukturen in niederfrequenten und Mikrowellenbereichen größtenteils reflektierten. Die Forscher waren überrascht, dass retikulierte Kohlenstoffschäume im Terahertz-Bereich sehr absorptiv sein könnten, viel höher als die vorhergesagte Fenstergröße.

Vorwärts gehen

Das NAmiceMC-Team setzt die Forschung auf dem Gebiet der elektromagnetischen Anwendungen verschiedener poröser Kohlenstoffstrukturen aktiv fort. Die Forscher planen, neue Metasurfaces zu entwerfen, die auf einer in der Projektphase entwickelten Technik basieren, die beliebig geformte 3-D-Strukturen in kohlenstoffhaltige magnetische Materialien umwandeln kann.

NAmiceMC plant, das Konzept eines elektromagnetischen Schwarzen Lochs experimentell zu beweisen und einen Prototyp eines hochempfindlichen elektromagnetischen Detektors zu bauen. Sie haben bereits einen Vorschlag für MSCA RISE für dieses Jahr eingereicht.

menu
menu