فهرست مطالب
پژوهشگران کره جنوبی فیلم کامپوزیتی فوقنازکی با ضخامت تنها ۱۷.۵ میکرومتر ساختهاند که بیش از ۹۹.۹۹۹۹۹۹۹ درصد امواج موجود در باندهای راداری و ارتباطی را مسدود میکند.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، گروههای تحقیقاتی مؤسسه علوم مواد کره (KIMS) و مؤسسه علوم و فناوری کره (KIST) این فیلم هیبریدی را با ترکیب الیاف نانولوله کربنی (CNT) و نانوماده دوبعدی MXene ساختهاند. پژوهشگران برای ترکیب این دو ماده از ساختاری مشابه روش سنتی «آجر و ملات» در معماری استفاده کردهاند. این فناوری میتواند در توسعه فناوریهای پنهانکاری، صنایع هوافضا و تجهیزات الکترونیکی کاربرد داشته باشد.
یکی از اهداف اصلی این پروژه، ساخت مادهای بود که بهطور همزمان بتواند امواج الکترومغناطیسی را مسدود کند، تابش فروسرخ کمی داشته باشد و از استحکام فیزیکی بالایی برخوردار باشد. این ویژگیها برای تجهیزات الکترونیکی و فناوریهای پنهانکاری اهمیت زیادی دارند.
ترکیب نانولوله کربنی و MXene با ساختار آجر و ملات
فلزات متداول میتوانند محافظت مناسبی در برابر امواج الکترومغناطیسی ایجاد کنند، اما وزن زیاد، خوردگی و انعطافپذیری محدود، استفاده از آنها را در برخی تجهیزات پیشرفته دشوار میکند. پژوهشگران برای حل این مشکل به سراغ نانولولههای کربنی رفتند.
الیاف CNT وزن کم، استحکام بالا و رسانایی الکتریکی بسیار خوبی دارند. با وجود این، تبدیل این الیاف رشتهای به ورقههای بزرگ و یکنواخت دشوار است. همچنین نانولولههای کربنی در برابر حسگرهای حرارتی فروسرخ به خوبی پنهان نمیمانند و میتوانند به راحتی شناسایی شوند.
نانوماده MXene ویژگیهای متفاوتی دارد. این نانوماده دوبعدی میتواند تابش فروسرخ را جذب کند و به همین دلیل گزینه مناسبی برای کاهش ردپای حرارتی است. در مقابل، ورقههای MXene شکننده و ترد هستند و هنگام قرار گرفتن در شرایط محیطی واقعی نیز میتوانند به سرعت تخریب شوند.
پژوهشگران با ترکیب این دو ماده تلاش کردند نقاط ضعف هرکدام را با ویژگیهای ماده دیگر جبران کنند. گروه تحقیقاتی به سرپرستی دکتر تائهون کیم از KIMS و با مشارکت دکتر سئون جون کیم و دکتر جائوو کیم از KIST، برای دستیابی به این هدف از ساختار آجر و ملات الهام گرفت.
آنها سطح الیاف نانولوله کربنی را با گروههای آمینی به صورت شیمیایی اصلاح کردند تا پیوند مولکولی محکمی میان CNT و ورقههای MXene شکل بگیرد. سپس پژوهشگران این الیاف اصلاحشده را بهطور پیوسته از محلول MXene عبور دادند و آنها را به شکل فشرده در کنار یکدیگر قرار دادند.
بیشتر بخوانید: فناوری جدید چین برای شناسایی زیردریاییهای پنهانکار
عملکرد فیلم مسدودکننده امواج رادار
در ساختار نهایی، الیاف همراستای نانولوله کربنی نقش ستون اصلی و تحملکننده بار را برعهده دارند. ورقههای MXene نیز مانند ملات، شکافهای میکروسکوپی میان این الیاف را پر میکنند. این ساختار از لغزش الیاف هنگام وارد شدن فشار جلوگیری میکند و در عین حال یک شبکه الکتریکی پیوسته در سراسر فیلم به وجود میآورد.
تائهون کیم درباره این فناوری گفت: «نکته کلیدی این فناوری، ترکیب نانومواد دارای ویژگیهای متفاوت مانند آجر و ملات است. این روش ضمن حفظ نقاط قوت هر ماده، ضعفهای آنها را نیز جبران میکند.»
فیلم تولیدشده تنها ۱۷.۵ میکرومتر ضخامت دارد و حدود ۹۰ دسیبل محافظت الکترومغناطیسی ارائه میدهد. بر اساس نتایج اعلامشده، این عملکرد برای مسدود کردن بیش از ۹۹.۹۹۹۹۹۹۹ درصد امواج در باندهای راداری و ارتباطی کافی است.
استحکام کششی این ماده نیز به ۱.۰۲ گیگاپاسکال میرسد و از نظر دوام مکانیکی با فولادهای سازهای پراستحکام قابل مقایسه است. این ویژگی در کنار ضخامت بسیار کم فیلم باعث میشود ماده جدید بتواند بدون ترک خوردن یا از دست دادن مسیرهای رسانای خود، بارها خم، تا و پیچانده شود.
فیلم جدید گسیلندگی فروسرخ بسیار پایینی نیز دارد. این ویژگی تابش حرارتی را کاهش میدهد و شناسایی اجسام با دوربینهای حرارتی را دشوارتر میکند. مقاومت در برابر دمای بالا و رطوبت نیز به این ماده امکان میدهد در محیطهایی که MXene خالص معمولا تخریب میشود، پایداری عملکرد خود را حفظ کند.
بیشتر بخوانید: نخستین تصاویر از پهپاد Wildfire، جانشین جدید MQ-9 Reaper
کاربرد از جنگندههای پنهانکار تا گوشیهای هوشمند
ترکیب قابلیت مسدودسازی امواج الکترومغناطیسی، کاهش تابش فروسرخ، استحکام بالا و انعطافپذیری میتواند این فیلم را برای فناوریهای نظامی جذاب کند. در صورت سازگار شدن این ماده با کاربردهای عملیاتی، امکان استفاده از آن در جنگندههای پنهانکار، پهپادهای شناسایی و دیگر هواپیماهای نظامی وجود خواهد داشت.
استفاده از این کامپوزیت میتواند ضمن کاهش وزن تجهیزات، انتشار امواج الکترونیکی و ردپای حرارتی آنها را نیز کاهش دهد. چنین ویژگیهایی میتواند شناسایی تجهیزات نظامی را با رادارها و سیستمهای حرارتی دشوارتر کند.
با وجود این، کاربردهای احتمالی فیلم جدید فقط به صنایع نظامی محدود نیست. گسترش شبکههای 5G و توسعه فناوری 6G باعث شده است تداخل الکترومغناطیسی میان قطعات داخلی دستگاهها به چالشی مهم برای مهندسان سختافزار تبدیل شود.
ضخامت بسیار کم این فیلم امکان استفاده از آن را در تجهیزات الکترونیکی کوچک فراهم میکند. سازندگان میتوانند از این ماده در بخش داخلی گوشیهای هوشمند باریک، ساعتهای هوشمند، ردیابهای پوشیدنی سلامت و تبلتهای تاشو استفاده کنند.
این فیلم مسدودکننده امواج رادار میتواند بدون افزایش محسوس وزن یا ضخامت دستگاه، قطعات داخلی را در برابر تداخل الکترومغناطیسی محافظت کند. مجموعه این ویژگیها، ماده جدید پژوهشگران کره جنوبی را به گزینهای برای توسعه نسل آینده تجهیزات سبک، انعطافپذیر و مقاوم در برابر امواج الکترومغناطیسی تبدیل کرده است.
بیشتر بخوانید: معرفی نسلهای اول تا ششم جنگنده ها + ویژگی های شاخص
