Розроблена нова плівка, тонша за людське волосся, здатна блокувати 99,9999999% вхідних радіолокаційних хвиль. Вчені з Південної Кореї досягли цього, запозичивши старий архітектурний спосіб: цегляну кладку.
У спільному дослідженні дослідні групи з Корейського інституту матеріалознавства (KIMS) та Корейського інституту науки та технологій (KIST) представили надтонку гібридну композитну плівку, яка може сприяти розвитку технологій невидимості, аерокосмічної галузі та побутової електроніки. Дослідження опубліковано в журналі Advanced Composites and Hybrid Materials.
Ключовим моментом стало об'єднання двох передових наноматеріалів, які раніше були марними самі собою.
Стратегія «цегла та вапно»
Сучасні пристрої потребують потрійного захисту: ефективного електромагнітного екранування для запобігання електронним перешкодам, низької видимості в інфрачервоному діапазоні для захисту від теплових датчиків та високої фізичної міцності.
Звичайні метали надто важкі, згодом кородують і не гнуться.
Як заміну металу вчені звернулися до волокон з вуглецевих нанотрубок (ВНТ). ВНТ легкі, міцні та відмінно проводять електрику. На жаль, складання пухких, ниткоподібних волокон у великі однорідні листи є складним завданням, і вони яскраво світяться під інфрачервоними тепловими датчиками.
Ця проблема була вирішена за допомогою MXene. Цей двомірний наноматеріал природно поглинає інфрачервоне світло, що робить його ідеальним кандидатом для теплового маскування. Але нанолисти MXene крихкі, ламкі та швидко руйнуються при впливі реальних умов.
Жоден із матеріалів сам по собі не міг розв'язати проблему. Однак об'єднання двох матеріалів створює набагато потужнішу комбінацію.
Під керівництвом доктора Техуна Кіма з KIMS, а також доктора Сон Джун Кіма та доктора Джеву Кіма з KIST, команда звернулася до цивільного будівництва за способом поєднання двох матеріалів. Команда хімічно модифікувала поверхні волокон вуглецевих нанотрубок амінними групами, щоб створити міцний молекулярний зв'язок з нанолистами MXene. Потім вони безперервно пропускали функціоналізовані волокна через розчин MXene і щільно скручували їх пліч-о-пліч.
Виняткові характеристики плівки
У цій цегляно-розчинній архітектурі вирівняні волокна з вуглецевих нанотрубок утворюють структурну опорну основу. Нанолисти MXene заповнюють мікроскопічні проміжки між цими волокнами, фіксуючи їх на місці та запобігаючи ковзанню під фізичним тиском. Така конструкція створює безперервну електричну мережу по всьому матеріалу.
"Ключ до цієї технології полягає в поєднанні наноматеріалів з різними характеристиками, подібно до цегли й вапну, зберігаючи сильні сторони кожного матеріалу і компенсуючи їх слабкі сторони", - сказав Техун Кім.
Отримана плівка має товщину лише 17,5 мікрометрів. Цікаво, що її показники продуктивності виглядають як перелік побажань для оборонних підрядників.
Вона демонструє виняткову продуктивність у чотирьох ключових областях. Матеріал забезпечує електромагнітне екранування приблизно на 90 дБ, блокуючи понад 99,9999999% хвиль у радіолокаційних та комунікаційних діапазонах. Його міцність на розтяг 1,02 ГПа відповідає механічній міцності високоміцної конструкційної сталі.
Щобільше, наднизька інфрачервона випромінювальна здатність пригнічує теплове випромінювання, приховуючи об'єкти від тепловізорів. Стійкість матеріалу до високих температур та вологості забезпечує повну експлуатаційну стабільність, у той час, як чистий MXene зазвичай деградує.
Плівка тонка, тому вона може багаторазово згинатися, складатися і скручуватися без розтріскування або втрати провідних шляхів.
Військове застосування цього матеріалу може бути величезним, якщо його адаптувати. Обгорнуті цим композитом винищувачі-невидимки, розвідувальні дрони та військові літаки зможуть знизити свою вагу. Водночас це дозволить приховати їхні електронні перешкоди та теплові сигнатури від ворожих радарів та тепловізорів.
Цивільний світ також отримає від цього велику вигоду. У міру розширення мереж 5G та прискорення розробки 6G, внутрішні електромагнітні перешкоди між компонентами стають серйозною проблемою для інженерів-розробників обладнання. Цей надтонкий матеріал може використовуватися для внутрішнього облицювання тонких смартфонів, розумного годинника, пристроїв для відстеження здоров'я і складних планшетів. Він забезпечує захист, не збільшуючи об'єм чи вагу.
