Científicos del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo de la Academia China de Ciencias, el Laboratorio Nacional de Física (Reino Unido), la Universidad de Manchester (Reino Unido) y la Universidad Nacional de Singapur han desarrollado un nuevo enfoque, publicado en International Journal of Extreme Manufacturing , para fabricar un metamaterial de absorción de microondas de banda ancha diseñado específicamente con características eléctricas y magnéticas bien controladas sobre un sustrato de tereftalato de polietileno (PET) utilizando irradiación láser ultravioleta (UV).
El proceso implica el uso de un láser UV para controlar con precisión las características del patrón 2D en un material donante especialmente formulado que, al interactuar con el rayo láser, forma grafeno incrustado en partículas magnéticas, lo que da como resultado una banda ultraancha altamente funcional (1,56–18,3 GHz) y una banda ancha. Metamaterial de absorción de microondas en ángulo, que podría aplicarse potencialmente en la producción en masa automática y rollo a rollo.
Esta investigación presenta un método de síntesis láser de un solo paso que permite la conversión espontánea de tinta PBI en grafeno nanoestructurado 3D y la reducción de un precursor de ion líquido a Fe3 O4 nanopartículas magnéticas. Además, algunas de estas características estructurales únicas resultantes mostraron un rendimiento de absorción superior en comparación con la mayoría de las MMA informadas anteriormente, y el proceso, llevado a cabo en atmósfera ambiental, solo requiere recubrimiento donante e irradiación láser sin necesidad de postratamiento.
"El control preciso de la resistencia de la lámina de grafeno inducido por láser (LIG) con solo un 5% de desviación se logró mediante fotorreacción láser y reacciones térmicas apropiadas, en lugar de una longitud fija del cristal de LIG con una resistencia de la lámina incontrolable. Fe magnético3 O4 Las nanopartículas se formaron utilizando una reacción fototérmica inducida por láser controlada con precisión, en lugar de una nanomezcla oxidada", dijo el Dr. Yihe Huang, primer autor de este artículo e investigador asociado del Instituto de Tecnología Industrial de Ningbo (NIMTE), China. Academia de Ciencias.
"El proceso de fabricación controlado por láser dio como resultado un laminado de superficie plana, con una distribución uniforme de materiales magnéticos y eléctricos. Como resultado, los resultados medidos del absorbente de microondas coincidieron estrechamente con el diseño original".
"A través del empleo de una estructura tipo sándwich, hemos creado absorbentes multicapa avanzados que igualan la impedancia del aire en el rango de frecuencia de operación más amplio posible, manteniendo al mismo tiempo un espesor relativo pequeño. La primera capa, que presenta un patrón circular de contorno suave, contribuye a una extensión en la frecuencia de operación La integración de patrones circulares y cuadrados en la estructura multicapa logra propiedades metamateriales de permitividad negativa, logrando una notable absorción perfecta (absortividad del 99%) más de una vez dentro del rango de frecuencia de operación", dijo el Sr. Yize Li, Ph. D. Candidato en la Universidad de Manchester.
Los laminados conductores fabricados mediante técnica láser muestran una distribución de resistencia de la lámina notablemente uniforme. La variación de la resistencia de la lámina es casi un orden de magnitud menor que la de la serigrafía o la impresión por pulverización. Esta ventaja ayudó a que el rendimiento final del absorbente de microondas fabricado con láser coincidiera con su diseño original.
El Dr. Kewen Pan, investigador asociado de NIMTE, dijo:"Después de un ajuste adecuado, el absorbente de microondas logró un coeficiente de absorción promedio en el rango del 97,2% al 97,7% en un amplio ancho de banda y una variedad de ángulos incidentes. Según mi búsqueda bibliográfica, esto El absorbente de microondas tiene la mejor relación ancho de banda/espesor jamás reportada."
El profesor Lin Li, director de Laser Extreme Manufacturing en NIMTE y miembro de la Real Academia de Ingeniería, comentó:"Esta investigación ha logrado un avance importante en la producción directa de absorbentes de microondas conformados en estructuras complejas, que fue posible gracias a la formación simultánea y ajuste de propiedades eléctricas y magnéticas de materiales estampados con láser sobre sustratos flexibles y curvos.
"Con el ancho de banda relativo más alto y los materiales de menor espesor hasta la fecha, este método introduce una nueva vía para la fabricación a gran escala de metamateriales para aplicaciones de absorción de microondas en aviación, supresión de interferencias electromagnéticas (EMI) y tecnología 5G".
Más información: Yihe Huang et al, Un metamaterial magnético sintetizado con láser directo para la absorción pasiva de microondas de banda ancha de baja frecuencia, Revista Internacional de Fabricación Extrema (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acdb0c
Proporcionado por la Revista Internacional de Fabricación Extrema
