Koolstofcomposieten hebben veel nuttige eigenschappen, waarbij steeds nieuwe potentiële toepassingen worden ontdekt. Onderzoekers hebben een dunne plaatvariant ontwikkeld om de elektromagnetische eigenschappen ervan te benutten voor afscherming door microgolven.

De ongebruikelijke eigenschappen van koolstof met een groot oppervlak bieden wetenschappers een geweldige kans om composieten te maken met bruikbare elektrische en elektromagnetische eigenschappen. Koolstofcomposieten zijn bijzonder nuttig als lichtgewicht en ultradunne elektromagnetische afscherming.

Tegelijkertijd, Het is bekend dat ultralichte koolstofschuimen vanwege hun celstructuur een zeer hoog elektromagnetisch afschermend vermogen hebben. Ze zijn ook nog eens goedkoop, goede warmte-isolatoren en ongelooflijk sterk gezien hun lichtheid.

Wetenschappers zijn begonnen met het onderzoeken van de eigenschappen van ultradunne koolstofhoudende films en hun elektromagnetische eigenschappen. "We verwachten dat ze tot 50% van het invallende microgolfvermogen kunnen absorberen, ondanks het feit dat hun dikte slechts een klein deel van de huiddiepte is, " zegt Dr. Alain Celzard, een onderzoeker die een team leidt dat deze eigenschappen onderzoekt.

Via het door de EU gefinancierde initiatief NAmiceMC, ze wilden een goedkope, lichte en milieuvriendelijke manier om elektromagnetische afscherming te creëren. Geïnspireerd door een unieke structuur gevonden in mottenogen, het team wilde uiteindelijk een materiaal maken dat microgolfgolflengten kan absorberen.

NAmiceMC vergeleek de verschillen in effectiviteit voor elektromagnetische afscherming in koolstofschuimen, ultradunne koolstoffilms en koolstofcomposieten. De onderzoekers testten deze verschillende materialen tegen een reeks microgolffrequenties en vergeleken ze met een theoretisch model van de elektromagnetische eigenschappen van de materialen.

Het team voerde een vergelijkend onderzoek uit naar de effectiviteit van elektromagnetische afscherming van verschillende materialen en opstellingen. "We hebben in dit project aangetoond dat alle soorten koolstofstructuren die we hebben onderzocht, effectief kunnen zijn om het elektromagnetische compatibiliteitsprobleem op te lossen, " zegt Dr. Celzard.

Nuttige verbindingen

Waar lichtheid vereist is, het team ontdekte dat zowel dunne koolstoffilms als koolstofschuimen of aerogels de voorkeur hebben. Wanneer goede mechanische eigenschappen nodig zijn, ze ontdekten dat polymeercomposieten gevuld met koolstof de beste keuze waren voor afschermingsefficiëntie met hoge elektromagnetische interferentie.

De onderzoekers ontwikkelden een database met een brede verzameling elektromagnetische eigenschappen en elektromagnetische afschermingsefficiëntie voor elk van de soorten materialen die in het project werden onderzocht. Ze stelden een effectieve rangschikking van de deeltjes voor op een manier die de belangrijkste kenmerken van geëxfolieerde composieten op basis van grafiet beschrijft. Het team is erin geslaagd een bruikbare en duidelijke methodiek te creëren voor het modelleren van de arrangementen zonder gebruik te maken van commerciële software.

"De ontwikkelde methodologie zorgde voor een beter begrip van de fysieke processen in op nanokoolstof gebaseerde composieten, " Dr. Celzard merkt op. Het team ontdekte dat de meest geschikte afschermingsmaterialen die zijn met de hoogst mogelijke geleidbaarheid in het laagfrequente bereik, en die een lage dikte hebben.

NAmiceMC had verwacht een hoge absorptie te hebben die de cel- en venstergrootte van verknoopte koolstofschuimen in de materiaalrangschikking zou beïnvloeden. Echter, het team ontdekte dat de geleidbaarheid van het koolstofskelet zo hoog was dat deze structuren meestal reflecterend waren in laagfrequente en microgolfbereiken. De onderzoekers waren verrast toen ze ontdekten dat verknoopte koolstofschuimen zeer absorberend konden zijn in het terahertz-bereik, veel groter dan de voorspelde venstergrootte.

Vooruit gaan

Het NAmiceMC-team zet actief onderzoek voort op het gebied van elektromagnetische toepassingen van verschillende poreuze koolstofstructuren. De onderzoekers zijn van plan om nieuwe meta-oppervlakken te ontwerpen op basis van een techniek die tijdens de projectperiode is ontwikkeld, die willekeurig gevormde 3D-structuren kan transformeren in koolstofhoudende magnetische materialen.

NAmiceMC is van plan om het concept van een elektromagnetisch zwart gat experimenteel te bewijzen, en om een ​​prototype te bouwen van een zeer gevoelige elektromagnetische detector. Ze hebben dit jaar al een MSCA RISE-voorstel ingediend dat aan deze activiteit is gewijd.