Gli scienziati dell'Accademia cinese delle scienze Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, del National Physical Laboratory (Regno Unito), dell'Università di Manchester (Regno Unito) e dell'Università nazionale di Singapore hanno sviluppato un nuovo approccio, pubblicato su International Journal of Extreme Manufacturing , per fabbricare un metamateriale per l'assorbimento delle microonde a banda larga appositamente progettato con caratteristiche elettriche e magnetiche ben controllate su un substrato di polietilene tereftalato (PET) utilizzando l'irradiazione laser ultravioletta (UV).
Il processo prevede l'utilizzo di un laser UV per controllare con precisione le caratteristiche del modello 2D su un materiale donatore appositamente formulato che, in seguito alle interazioni con il raggio laser, forma grafene incorporato in particelle magnetiche, risultando in una banda ultra larga altamente funzionale (1,56-18,3 GHz) e ampia metamateriale per l'assorbimento angolare delle microonde, che potrebbe essere potenzialmente applicato nella produzione di massa automatica e roll-to-roll.
Questa ricerca presenta un metodo di sintesi laser in un unico passaggio che consente la conversione spontanea dell'inchiostro PBI in grafene nanostrutturato 3D e la riduzione di un precursore di ioni liquidi in Fe3 O4 nanoparticelle magnetiche. Inoltre, alcune di queste caratteristiche strutturali uniche risultanti hanno mostrato prestazioni di assorbimento superiori rispetto alla maggior parte degli MMA riportati in precedenza e il processo, eseguito in atmosfera ambiente, richiede solo il rivestimento del donatore e l'irradiazione laser senza la necessità di post-trattamento.
"Il controllo preciso della resistenza del foglio del grafene indotto dal laser (LIG) con una deviazione solo del 5% è stato ottenuto mediante un'appropriata fotoreazione laser e reazioni termiche, piuttosto che con una lunghezza cristallina fissa del LIG con resistenza del foglio incontrollabile. Fe magnetico 3 O4 le nanoparticelle sono state formate utilizzando una reazione fototermica indotta dal laser controllata con precisione, piuttosto che una nano-miscela ossidata," ha affermato il dottor Yihe Huang, il primo autore di questo articolo e ricercatore associato del Ningbo Institute of Industrial Technology (NIMTE), cinese Accademia delle Scienze.
"Il processo di fabbricazione controllato dal laser ha prodotto una superficie laminata piatta, con una distribuzione uniforme di materiali magnetici ed elettrici. Di conseguenza, i risultati misurati dell'assorbitore a microonde corrispondevano perfettamente al design originale."
"Attraverso l'impiego di una struttura a sandwich, abbiamo realizzato assorbitori multistrato avanzati che adattano l'impedenza dell'aria sulla gamma di frequenze operative più ampia possibile, pur mantenendo uno spessore relativo ridotto. Il primo strato, caratterizzato da un motivo circolare dai contorni morbidi, contribuisce ad un'estensione in la frequenza operativa L'integrazione di motivi circolari e quadrati nella struttura multistrato raggiunge proprietà metamateriali di permettività negativa, ottenendo un assorbimento perfetto degno di nota (assorbenza del 99%) più di una volta all'interno dell'intervallo di frequenza operativa," ha affermato il signor Yize Li, Ph. D. Candidato all'Università di Manchester.
I laminati conduttivi fabbricati mediante tecnica laser mostrano una distribuzione della resistenza del foglio notevolmente uniforme. La variazione della resistenza del foglio è quasi un ordine di grandezza inferiore a quella della stampa serigrafica o a spruzzo. Questo vantaggio ha aiutato le prestazioni finali dell'assorbitore a microonde fabbricato al laser a corrispondere al design originale.
Il Dr. Kewen Pan, ricercatore associato presso NIMTE, ha dichiarato:"Dopo un'adeguata messa a punto, l'assorbitore di microonde ha raggiunto un coefficiente di assorbimento medio compreso tra 97,2% e 97,7% su un'ampia larghezza di banda e intervallo di angoli di incidenza. Sulla base della mia ricerca in letteratura, questo l'assorbitore a microonde ha il miglior rapporto larghezza di banda/spessore mai riportato."
Il professor Lin Li, direttore della produzione Laser Extreme presso NIMTE e membro della Royal Academy of Engineering, ha commentato:"Questa ricerca ha raggiunto un importante passo avanti nella produzione diretta di assorbitori conformi a microonde su strutture complesse, reso possibile dalla formazione simultanea e regolazione delle proprietà elettriche e magnetiche di materiali modellati al laser su substrati flessibili e curvi.
"Con la larghezza di banda relativa più elevata e i materiali con spessore più basso fino ad oggi, questo metodo introduce una nuova strada per la produzione su larga scala di metamateriali per applicazioni di assorbimento delle microonde nell'aviazione, soppressione delle interferenze elettromagnetiche (EMI) e tecnologia 5G."
Ulteriori informazioni: Yihe Huang et al, Un metamateriale magnetico sintetizzato al laser diretto per l'assorbimento passivo di microonde a banda larga a bassa frequenza, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acdb0c
Fornito dall'International Journal of Extreme Manufacturing
