Bambusta vankkaa EMI-maateriaalia

Perinteiset EMI-suojausmateriaalit toimivat usein heijastamalla sähkömagneettisia aaltoja, mikä voi aiheuttaa ei-toivottua sekundääristä säteilyä. Tutkijat etsivät siksi kevyitä materiaaleja, jotka pystyvät absorboimaan sähkömagneettista energiaa ja pysymään samalla mekaanisesti vahvoina, joustavina ja kestävinä.

Kiinalaisen Shenyangin maatalousyliopiston tutkimusryhmä on nyt kehittänyt monitoimisen komposiitin, joka vastaa näihin haasteisiin yhdistämällä pikajoule-kuumennetun bambusta peräisin olevan biohiilen huolellisesti suunniteltuun kerros kerrokselta -polymeerirakenteeseen.

”Tavoitteenamme ei ollut pelkästään lisätä sähkömagneettista suojausta, vaan suunnitella materiaali, joka kykenisi absorboimaan sähkömagneettista energiaa tehokkaasti mekaanisesta suorituskyvystä tinkimättä”, sanoo vastaava kirjoittaja Qingfa Zhang.

Tutkijat aloittivat bambusta valmistetulla biohiilellä. Biohiilelle tehtiin pikakuumennus, joka on erittäin nopea prosessi ja nosti sen lämpötilan hetkellisesti noin 3 000 kelviniin . Tämä muutti hiilirungon rakennetta ja paransi sen johtavuusominaisuuksia. Käsiteltyä biohiiltä modifioitiin sitten APTES:llä, silaanikytkentäaineella, joka on suunniteltu parantamaan sen yhteensopivuutta ympäröivän polymeerimatriisin kanssa.

Sen sijaan, että johtavaa biohiiltä olisi yksinkertaisesti sekoitettu koko polymeeriin, tutkijat sijoittivat sen strategisesti vuorotellen PLA- ja PBAT-kerrosten väliin. Tämä kerros kerrokselta -rakenne muodosti jatkuvia johtavia alueita ja loi samalla rajapintoja, jotka pystyivät ohjaamaan halkeamia uudelleen ja jakamaan mekaanista rasitusta uudelleen.

Mikroskooppiset havainnot osoittivat, että kerrosrakenne auttoi ohjaamaan halkeamia monimutkaisempia reittejä pitkin, jolloin materiaali pystyi haihduttamaan enemmän energiaa ennen murtumista.

Myös sähköinen suorituskyky parani merkittävästi. Optimoitu komposiitti saavutti 12,8 S cm⁻¹: n johtavuuden ja 36,7 dB:n keskimääräisen EMI-suojaustehokkuuden X-kaistan taajuusalueella. Noin 84 % suojauksesta tuli absorptiosta eikä heijastuksesta.

Materiaali osoitti myös vakaata Joule-lämpenemiskäyttäytymistä, saavuttaen noin 58 °C:n lämpötilan 9 V:n jännitteellä ja säilyttäen tasaisen suorituskyvyn toistuvien lämmitys- ja jäähdytysjaksojen aikana. Tämä monitoimisuus voisi laajentaa sen käyttömahdollisuuksia sähkömagneettisessa suojauksessa, älykkäässä elektroniikassa, lämmönhallintajärjestelmässä ja muissa kevyitä johtavia materiaaleja vaativissa sovelluksissa.

Tutkimus osoittaa, että kestävät hiilimateriaalit voivat tehdä enemmän kuin korvata perinteiset täyteaineet. Rakenteensa ja sijoittelunsa tarkoituksellisen hallinnan avulla ne voivat auttaa luomaan monitoimisia komposiitteja, jotka yhdistävät sähkömagneettisen suojan mekaaniseen kestävyyteen.

Aiheesta aiemmin:

Ohut suojamateriaali yhdistää EMI- ja neutronisuojauksen

Suojausta sähkömagneettisilta aalloilta ja ESD:ltä tulostustekniikoilla

Tribosähköinen nanogeneraattori kuparinanolevyistä