Kompozyty węglowe mają wiele przydatnych właściwości, a nowe potencjalne zastosowania są stale odkrywane. Naukowcy opracowali cienkie arkusze, których właściwości elektromagnetyczne mogą zostać wykorzystane do ekranowania mikrofal.

Niezwykłe właściwości węgla o dużej powierzchni stanowią ogromną okazję dla naukowców do wytwarzania kompozytów o przydatnych właściwościach elektrycznych i elektromagnetycznych. Kompozyty węglowe są szczególnie przydatne jako ultracienkie ekrany elektromagnetyczne o małej wadze.

Jednocześnie odkryto, że ultralekkie pianki węglowe mają bardzo wysoką zdolność ekranowania elektromagnetycznego ze względu na ich strukturę komórkową. Są również tanimi, dobrymi izolatorami cieplnymi, które wykazują niesamowitą siłę działania, biorąc pod uwagę ich małą wagę.

Naukowcy zaczęli badać właściwości ultracienkich filmów węglowych, w tym ich właściwości elektromagnetyczne. „Spodziewamy się, że będą w stanie wchłonąć do 50% całkowitej mocy mikrofal, pomimo ich bardzo małej grubości”, mówi dr Alain Celzard, naukowiec kierujący zespołem badającym te właściwości.

W ramach finansowanej ze środków UE inicjatywy NAmiceMC postanowiono stworzyć tani, lekki i przyjazny dla środowiska sposób tworzenia ekranów elektromagnetycznych. Inspirując się unikalną strukturą występującą w oczach moli, zespół postanowił stworzyć materiał, który może absorbować mikrofale.

Zespół projektu NAmiceMC porównał różnice w skuteczności ekranowania elektromagnetycznego w piankach węglowych, ultracienkich filmach węglowych i kompozytach węglowych. Naukowcy przetestowali te materiały w różnych częstotliwościach mikrofal i porównali je z teoretycznym modelem elektromagnetyzmu materiałów.

Zespół przeprowadził badanie porównawcze skuteczności ekranowania elektromagnetycznego różnych materiałów i układów. „Wykazaliśmy w tym projekcie, że wszystkie badane przez nas typy struktur węglowych mogą skutecznie rozwiązać problem kompatybilności elektromagnetycznej”, stwierdza dr Celzard.

Przydatne związki

Tam, gdzie wymagana jest lekkość, zespół stwierdził, że preferowane są cienkie warstwy węgla i pianki węglowe lub aerożele. Gdy wymagane są dobre właściwości mechaniczne, okazało się, że najlepszym wyborem były kompozyty polimerowe wypełnione węglem, zapewniające skuteczną ochronę przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.

Naukowcy opracowali bazę danych zawierającą szeroki zestaw danych dotyczących właściwości elektromagnetycznych i skuteczności ekranowania elektromagnetycznego w przypadku każdego rodzaju materiału badanego w projekcie. Badacze zaproponowali ułożenie cząstek w sposób opisujący najważniejsze cechy złuszczonych kompozytów na bazie grafitu. Zespół zdołał opracować użyteczną i przejrzystą metodologię modelowania układów bez korzystania z komercyjnego oprogramowania.

„Opracowana metodologia umożliwiła lepsze zrozumienie procesów fizycznych w kompozytach na bazie nanowęgla”, zauważa dr Celzard. Zespół odkrył, że najbardziej odpowiednimi materiałami ekranującymi są te, które wykazują najwyższą możliwą przewodność w zakresie niskich częstotliwości i które mają małą grubość.

Zespół projektu NAmiceMC spodziewał się uzyskania wysokiej absorpcji, która wpływałaby na rozmiar komórek i okienek siatkowych pianek węglowych w układzie materiałów. Jednak jak odkrył zespół projektu, przewodność szkieletu węglowego była tak wysoka, że​struktury te były odbijające głównie w zakresie niskich częstotliwości i mikrofal. Naukowcy z zaskoczeniem stwierdzili, że siatkowe pianki węglowe mogą być bardzo chłonne w zakresie terahercowym, znacznie większym niż przewidywany rozmiar okna.

Plany na przyszłość

Zespół projektu NAmiceMC aktywnie kontynuuje badania w dziedzinie zastosowań elektromagnetycznych różnych porowatych struktur węglowych. Naukowcy planują zaprojektować nowe metapowierzchnie w oparciu o technikę opracowaną w ramach projektu, która może przekształcić dowolnie ukształtowane struktury trójwymiarowe w węglowe materiały magnetyczne.

Zespół projektu NAmiceMC planuje eksperymentalnie udowodnić koncepcję elektromagnetycznej czarnej dziury i zbudować prototyp bardzo czułego detektora elektromagnetycznego. W tym roku badacze złożyli już wniosek MSS RISE dotyczący tych działań.