Самый легкий электромагнитный экранирующий материал в мире

Электродвигатели и электронные устройства генерируют электромагнитные поля, которые иногда необходимо экранировать, чтобы не влиять на соседние электронные компоненты или передачу сигналов.

Высокочастотные электромагнитные поля могут быть экранированы только проводящими оболочками, которые закрыты со всех сторон. Часто для этого используются тонкие металлические листы или металлизированная фольга. Однако для многих применений такой экран является слишком тяжелым или плохо адаптируемым к заданной геометрии. Идеальным решением был бы легкий, гибкий и долговечный материал с чрезвычайно высокой эффективностью экранирования.

Аэрогели против электромагнитного излучения

Прорыв в этой области в настоящее время достигнут группой исследователей во главе с Чжихуи Зенгом и Густавом Нистрёмом. Исследователи используют нановолокна целлюлозы в качестве основы для аэрогеля, который является легким, высокопористым материалом. Целлюлозные волокна получаются из древесины и, благодаря своей химической структуре, допускают широкий спектр химических модификаций.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Поэтому они являются очень популярным объектом исследований. Решающим фактором при обработке и модификации этих целлюлозных нановолокон является способность определенным образом создавать некоторые микроструктуры и интерпретировать достигаемые эффекты. Эти взаимосвязи между структурой и свойствами являются областью исследований команды Нистрёма в компании Empa.

Исследователям удалось создать композит из целлюлозных нановолокон и нанопроволок серебра и тем самым создать сверхлегкие тонкие структуры, которые обеспечивают превосходное экранирование от электромагнитного излучения. Эффект материала впечатляет: при плотности всего 1,7 миллиграммов на кубический сантиметр армированный серебром аэрогель целлюлозы достигает более 40 дБ экранирования в диапазоне частот радиолокационного излучения высокого разрешения (от 8 до 12 ГГц) - иными словами: Практически все излучения в этом частотном диапазоне перехватываются материалом.

Решающим для экранирующего эффекта является не только правильный состав целлюлозных и серебряных проводов, но и пористая структура материала. Внутри пор электромагнитные поля отражаются туда-сюда и дополнительно вызывают в композитном материале электромагнитные поля, которые противодействуют падающему полю. Чтобы создать поры оптимального размера и формы, исследователи заливают материал в предварительно охлажденные формы и позволяют ему медленно застывать. Рост кристаллов льда создает оптимальную структуру пор для демпфирования полей.

При таком способе производства эффект демпфирования может быть даже задан в различных пространственных направлениях: Если материал замерзает в пресс-форме снизу вверх, электромагнитный эффект демпфирования слабее в вертикальном направлении. В горизонтальном направлении, т.е. перпендикулярно направлению замерзания, демпфирующий эффект оптимизируется. Экранирующие конструкции, отлитые таким образом, обладают высокой гибкостью: даже после тысячекратных изгибов туда и обратно эффект демпфирования практически такой же, как и у исходного материала. Желаемое поглощение легко регулируется добавлением в композит большего или меньшего количества нанопроволоки серебра, а также пористостью литого аэрогеля и толщиной литого слоя.

В другом эксперименте исследователи удалили серебряные нанопровода из композитного материала и соединили их целлюлозные нановолокна с двумерными нанопластинками из карбида титана, которые были изготовлены с помощью специального травления. Нанопластины действуют как твердые "кирпичи", которые соединяются с гибким "раствором", изготовленным из целлюлозных волокон. Эта формула также целенаправленно замораживалась в охлажденных формах. По отношению к весу материала ни один другой материал не может достичь такого экранирования. Таким образом, наноцеллюлозный аэрогель из карбида титана на сегодняшний день является самым легким электромагнитным экранирующим материалом в мире. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet