Onderzoekers gebruiken meerfasige samenstelling en elektrospinning om SiOC-nanovezels te vervaardigen

Snelle ontwikkelingen in de elektronica-industrie hebben aanzienlijk gemak geboden voor civiel gebruik, maar hebben ook bijgedragen aan elektromagnetische vervuiling, wat risico’s voor de menselijke veiligheid met zich meebrengt. Om te voldoen aan de uiteenlopende eisen van civiele toepassingen, zoals apparaten met gevarieerde gebogen oppervlakken en kleding voor verschillende werkomgevingen, moeten EMW-absorbers niet alleen effectieve absorptie bieden, maar ook lichtgewicht, gemakkelijk te verwerken en voldoende flexibel zijn.

Bovendien worden EMW-absorptiematerialen geconfronteerd met uitdagingen onder extreme omstandigheden die vaak voorkomen in de bouw- en transportsector, waaronder hoge temperaturen, frequente trillingen en drukeffecten.

Daarom vertegenwoordigt het onderzoeken van materialen met uitzonderlijke thermische isolatie, aanzienlijke flexibiliteit en veerkracht, uitstekende verwerkbaarheid en ultralichte eigenschappen een trend in de ontwikkeling van geavanceerde microgolfabsorbers. Polymeer-afgeleid keramiek (PDC) SiOC vertoont robuuste mechanische en hoge temperatuurprestaties in extreme omgevingen, gecombineerd met een lage dichtheid, hoge sterkte en lage grondstofkosten, wat het potentieel ervan voor toepassingen in zowel thermische als elektromagnetische golf (EMW) bescherming benadrukt .

SiOC-keramiek afgeleid van een enkel precursorpolymeer heeft echter lage diëlektrische eigenschappen, waardoor hun verdere toepassingen worden beperkt. Om de EMW-dempingsprestaties te verbeteren, is het gebruikelijk om een ​​tweede fase in de SiOC-matrix te introduceren, waarbij gebruik wordt gemaakt van de voordelen van verschillende componenten om de EMW-absorptie te verbeteren.

Aan de andere kant belemmert de inherente brosheid van SiOC-keramiek het gebruik ervan in complexe omgevingen ernstig. In dit geval is elektrospinnen een veelzijdige methode voor het produceren van eendimensionale micro-nanovezelmaterialen met een uniforme grootteverdeling en consistente morfologie. Met als doel zowel de flexibiliteit als de EMW-absorptieprestaties te verbeteren, heeft een onderzoeksteam de strategie van meerfasige samenstelling en elektrospinning toegepast om SiOC-nanovezels te vervaardigen.

Het team gepubliceerd hun werk in de Tijdschrift voor geavanceerde keramiek op 9 september 2024.

Co en TiO₂ gemodificeerde SiOC-nanovezels (CTS) werden met succes bereid met behulp van een eenvoudige en controleerbare elektrospintechniek. Dankzij de uitstekende driedimensionale continue netwerkstructuur die wordt verkregen door elektrospinnen en de uniforme verdeling van composietmaterialen binnen de vezels, vertonen CTS-composieten uitstekende thermische isolatie (thermische geleidbaarheid <0,0404 Wm^-1K^-1), opmerkelijke flexibiliteit (minder dan 4% weerstandsverandering na 1.500 cycli van 180° buigen) en indrukwekkende drukweerstand (restspanning <12% na 500 cycli bij 60% rek).

Het CTS-800-monster (siliconenhars) met een vulstofgehalte van slechts 5 gew.% bereikt een effectieve absorptiebandbreedte (EAB) van 8,64 GHz (9,36-18,00 GHz) bij een dikte van 3,25 mm, met een RLmin-waarde van -66,00 dB op 17,11 GHz. De succesvolle bereiding van dergelijke multifunctionele CTS-nanovezelmaterialen maakt het veelbelovend voor de toepassing van thermische en microgolfbescherming.

Het SiOC-nanovezelmonster vertoont uitgebreide multifunctionele eigenschappen vanwege de hoge porositeit en meerlaagse structuur langs de dikte. EMW- of thermische schokgolven van buitenaf kunnen aanzienlijk worden gedempt. Bovendien zorgt de uitstekende flexibiliteit ervoor dat deze bevindingen perfect kunnen omgaan met de vervormingen die nodig zijn in verschillende veeleisende scenario’s, waardoor de werkefficiëntie wordt verbeterd.