Новая пленка в пять раз тоньше волоса блокирует почти все электромагнитные волны - ученые
Южнокорейские ученые создали пленку толщиной всего 17,5 микрометра, которая блокирует более 99,9999999% электромагнитных волн в диапазонах связи и радиолокации. Материал также снижает инфракрасное излучение и сохраняет высокую механическую прочность.
Источник: Korea Institute of Materials Science (KIMS)
МОСКВА, 22 сентября /Новости науки/. Южнокорейские ученые создали пленку толщиной 17,5 микрометра, которая блокирует более 99,9999999% электромагнитных волн и снижает заметность в инфракрасном диапазоне. Об этом говорится в статье, опубликованной в Advanced Composites and Hybrid Materials.
«Ключ к этой технологии заключается в объединении наноматериалов с различными характеристиками по принципу кирпичей и раствора, что позволяет сохранять преимущества каждого материала и одновременно компенсировать их соответствующие недостатки. Мы ожидаем, что этот многофункциональный материал найдет широкое применение не только в будущих оборонных системах и аэрокосмических технологиях, но и для решения проблем электромагнитных помех в устройствах связи следующего поколения и носимой электронике», - приводятся в пресс-релизе слова ведущего исследователя.
Разработчики объединили волокна из углеродных нанотрубок и материал MXene по принципу кирпичной кладки. В такой структуре выровненные волокна из углеродных нанотрубок выполняют роль «кирпичей», а MXene заполняет пространство между ними и действует как электропроводящий «раствор».
Такая структура уменьшает скольжение отдельных волокон относительно друг друга и повышает механическую прочность материала. Одновременно в пленке формируются непрерывные пути для прохождения электрического тока, что значительно улучшает защиту от электромагнитных помех. Покрытие из MXene также снижает инфракрасное излучение поверхности и делает материал менее заметным для систем инфракрасного обнаружения, включая тепловизоры.
Толщина разработанной пленки составляет всего 17,5 микрометра - примерно пятую часть толщины человеческого волоса. Эффективность экранирования электромагнитных помех достигла около 90 децибел. В диапазонах частот, используемых для связи и радиолокации, материал блокировал более 99,9999999% падающих электромагнитных волн.
Прочность пленки на растяжение составила 1,02 гигапаскаля, что, как отмечается в материале, сопоставимо с показателями высокопрочной стали. Пленка также сохраняла стабильные свойства при высокой температуре, высокой влажности и многократных механических деформациях по сравнению с обычными пленками из MXene.
Необходимость в подобных материалах связана с ограничениями традиционных металлических экранов. Они имеют сравнительно большую массу, подвержены коррозии и обладают ограниченной гибкостью. Волокна из углеродных нанотрубок легче, обладают высокой механической прочностью и способны эффективно экранировать электромагнитные помехи, однако из-за формы их сложно объединять в пленки большой площади, кроме того, они обладают сравнительно высокой инфракрасной излучательной способностью. MXene, напротив, отличается низким инфракрасным излучением, однако уступает по механической прочности и долговременной стабильности.
Разработчики рассматривают новую пленку как материал для защиты электроники военной и аэрокосмической техники, в том числе самолетов и беспилотных аппаратов. Благодаря гибкости ее также предполагается применять для защиты от электромагнитных помех в устройствах связи 5G и 6G, носимой электронике, а также в складных и гибких электронных устройствах нового поколения.
Технология совместима с непрерывным процессом производства, что в перспективе позволяет перейти к изготовлению пленок большой площади. Исследователи подают патентные заявки на основную технологию и намерены продолжить работу над производством крупноформатных пленок и их интеграцией в реальные компоненты. Также ведется передача двух технологий, связанных с производством волокон из углеродных нанотрубок.
«Ключ к этой технологии заключается в объединении наноматериалов с различными характеристиками по принципу кирпичей и раствора, что позволяет сохранять преимущества каждого материала и одновременно компенсировать их соответствующие недостатки. Мы ожидаем, что этот многофункциональный материал найдет широкое применение не только в будущих оборонных системах и аэрокосмических технологиях, но и для решения проблем электромагнитных помех в устройствах связи следующего поколения и носимой электронике», - приводятся в пресс-релизе слова ведущего исследователя.
Разработчики объединили волокна из углеродных нанотрубок и материал MXene по принципу кирпичной кладки. В такой структуре выровненные волокна из углеродных нанотрубок выполняют роль «кирпичей», а MXene заполняет пространство между ними и действует как электропроводящий «раствор».
Такая структура уменьшает скольжение отдельных волокон относительно друг друга и повышает механическую прочность материала. Одновременно в пленке формируются непрерывные пути для прохождения электрического тока, что значительно улучшает защиту от электромагнитных помех. Покрытие из MXene также снижает инфракрасное излучение поверхности и делает материал менее заметным для систем инфракрасного обнаружения, включая тепловизоры.
Толщина разработанной пленки составляет всего 17,5 микрометра - примерно пятую часть толщины человеческого волоса. Эффективность экранирования электромагнитных помех достигла около 90 децибел. В диапазонах частот, используемых для связи и радиолокации, материал блокировал более 99,9999999% падающих электромагнитных волн.
Прочность пленки на растяжение составила 1,02 гигапаскаля, что, как отмечается в материале, сопоставимо с показателями высокопрочной стали. Пленка также сохраняла стабильные свойства при высокой температуре, высокой влажности и многократных механических деформациях по сравнению с обычными пленками из MXene.
Необходимость в подобных материалах связана с ограничениями традиционных металлических экранов. Они имеют сравнительно большую массу, подвержены коррозии и обладают ограниченной гибкостью. Волокна из углеродных нанотрубок легче, обладают высокой механической прочностью и способны эффективно экранировать электромагнитные помехи, однако из-за формы их сложно объединять в пленки большой площади, кроме того, они обладают сравнительно высокой инфракрасной излучательной способностью. MXene, напротив, отличается низким инфракрасным излучением, однако уступает по механической прочности и долговременной стабильности.
Разработчики рассматривают новую пленку как материал для защиты электроники военной и аэрокосмической техники, в том числе самолетов и беспилотных аппаратов. Благодаря гибкости ее также предполагается применять для защиты от электромагнитных помех в устройствах связи 5G и 6G, носимой электронике, а также в складных и гибких электронных устройствах нового поколения.
Технология совместима с непрерывным процессом производства, что в перспективе позволяет перейти к изготовлению пленок большой площади. Исследователи подают патентные заявки на основную технологию и намерены продолжить работу над производством крупноформатных пленок и их интеграцией в реальные компоненты. Также ведется передача двух технологий, связанных с производством волокон из углеродных нанотрубок.
