Cientistas da Academia Chinesa de Ciências do Instituto de Tecnologia e Engenharia de Materiais de Ningbo, do Laboratório Nacional de Física (Reino Unido), da Universidade de Manchester (Reino Unido) e da Universidade Nacional de Cingapura desenvolveram uma nova abordagem, publicada no International Journal of Extreme Manufacturing , para fabricar um metamaterial de absorção de microondas de banda larga especificamente projetado com características elétricas e magnéticas bem controladas em um substrato de tereftalato de polietileno (PET) usando irradiação de laser ultravioleta (UV).



O processo envolve o uso de um laser UV para controlar com precisão as características do padrão 2D em um material doador especialmente formulado que, após interações com o feixe de laser, forma grafeno incorporado em partículas magnéticas, resultando em uma banda ultralarga altamente funcional (1,56-18,3 GHz) e ampla. metamaterial de absorção de microondas em ângulo, que poderia potencialmente ser aplicado na produção em massa automática e rolo a rolo.

Esta pesquisa apresenta um método de síntese a laser em uma etapa que permite a conversão espontânea de tinta PBI em grafeno nanoestruturado 3D e a redução de um precursor de íon líquido a Fe₃ O₄ nanopartículas magnéticas. Além disso, algumas destas características estruturais únicas resultantes exibiram desempenho de absorção superior em comparação com a maioria dos MMAs relatados anteriormente, e o processo, realizado em atmosfera ambiente, requer apenas revestimento doador e irradiação a laser sem a necessidade de pós-tratamento.

"O controle preciso da resistência da folha de grafeno induzido por laser (LIG) com apenas 5% de desvio foi alcançado por fotorreação a laser apropriada e reações térmicas, em vez de comprimento de cristal fixo de LIG com resistência de folha incontrolável. Fe magnético₃ O₄ nanopartículas foram formadas usando uma reação fototérmica induzida por laser controlada com precisão, em vez de uma nanomistura oxidada", disse o Dr. Yihe Huang, o primeiro autor deste artigo e pesquisador associado do Instituto de Tecnologia Industrial de Ningbo (NIMTE), chinês Academia de Ciências.

"O processo de fabricação controlado por laser resultou em um laminado de superfície plana, com distribuição uniforme de materiais magnéticos e elétricos. Como resultado, os resultados medidos do absorvedor de micro-ondas corresponderam perfeitamente ao design original."

"Através do emprego de uma estrutura em sanduíche, criamos absorvedores multicamadas avançados que combinam a impedância do ar na faixa de frequência operacional mais ampla possível, mantendo ao mesmo tempo uma pequena espessura relativa. A primeira camada, apresentando um padrão circular de contorno suave, contribui para uma extensão em a frequência operacional A integração de padrões circulares e quadrados na estrutura multicamadas atinge propriedades de metamaterial de permissividade negativa, alcançando uma absorção perfeita notável (absorção de 99%) mais de uma vez dentro da faixa de frequência operacional", disse o Sr. Yize Li, Ph. D. Candidato na Universidade de Manchester.

Os laminados condutores fabricados pela técnica a laser apresentam uma distribuição de resistência da folha notavelmente uniforme. A variação da resistência da folha é quase uma ordem de grandeza menor que a da serigrafia ou da impressão em spray. Essa vantagem ajudou o desempenho final do absorvedor de micro-ondas fabricado a laser a corresponder ao seu design original.

Kewen Pan, pesquisador associado do NIMTE, disse:"Após o ajuste adequado, o absorvedor de micro-ondas alcançou um coeficiente de absorção médio na faixa de 97,2% a 97,7% em uma ampla largura de banda e faixa de ângulos de incidência. Com base em minha pesquisa bibliográfica, este O absorvedor de micro-ondas tem a melhor relação entre largura de banda e espessura já relatada."

O professor Lin Li, diretor de Laser Extreme Manufacturing da NIMTE e membro da Royal Academy of Engineering, comentou:"Esta pesquisa alcançou um grande avanço na produção direta de absorvedores de microondas conformados em estruturas complexas, o que foi possível pela formação simultânea e ajuste de propriedades elétricas e magnéticas de materiais padronizados a laser em substratos flexíveis e curvos.

"Com a maior largura de banda relativa e materiais de menor espessura até o momento, este método introduz um novo caminho para a fabricação em larga escala de metamateriais para aplicações de absorção de microondas na aviação, supressão de interferência eletromagnética (EMI) e tecnologia 5G."

Mais informações: Yihe Huang et al, Um metamaterial magnético sintetizado a laser direto para absorção passiva de microondas de banda larga de baixa frequência, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acdb0c
Fornecido por International Journal of Extreme Manufacturing