Wetenschappers presenteren een lasersynthesemethode in één stap voor het fabriceren van breedbandig metamateriaal voor microgolfabsorptie

Wetenschappers van de Chinese Academie van Wetenschappen Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, National Physical Laboratory (VK), The University of Manchester (VK) en National University of Singapore hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld, gepubliceerd in Internationaal tijdschrift voor extreme productieom een ​​speciaal ontworpen breedband microgolfabsorptiemetamateriaal te fabriceren met goed gecontroleerde elektrische en magnetische eigenschappen op een polyethyleentereftalaat (PET) substraat met behulp van ultraviolette (UV) laserbestraling.

Het proces omvat het gebruik van een UV-laser om de kenmerken van het 2D-patroon nauwkeurig te regelen op een speciaal geformuleerd donormateriaal dat bij interactie met de laserstraal in magnetische deeltjes ingebed grafeen vormt, wat resulteert in een zeer functionele ultrabreedband (1,56–18,3 GHz) en brede hoek microgolfabsorptie metamateriaal, dat mogelijk kan worden toegepast in automatische en roll-to-roll massaproductie.

Dit onderzoek presenteert een lasersynthesemethode in één stap die de spontane omzetting van PBI-inkt in 3D-nanogestructureerd grafeen en de reductie van een vloeibare ionenprecursor in Fe mogelijk maakt₃O₄ magnetische nanodeeltjes. Bovendien vertoonden sommige van deze resulterende unieke structurele kenmerken superieure absorptieprestaties in vergelijking met de meeste eerder gerapporteerde MMA’s, en het proces, uitgevoerd in omgevingsatmosfeer, vereist alleen donorcoating en laserbestraling zonder nabehandeling.

“De nauwkeurige regeling van de bladweerstand van door laser geïnduceerd grafeen (LIG) met slechts 5% afwijking werd bereikt door geschikte laserfotoreactie en thermische reacties, in plaats van een vaste kristallengte van LIG met oncontroleerbare bladweerstand. Magnetisch Fe₃O₄ nanodeeltjes werden gevormd met behulp van een nauwkeurig gecontroleerde laser-geïnduceerde foto-thermische reactie, in plaats van een geoxideerd nano-mengsel, “zei Dr. Yihe Huang, de eerste auteur van dit artikel en Associate Researcher van het Ningbo Institute of Industrial Technology (NIMTE), Chinees Academie van Wetenschappen.

“Het lasergestuurde fabricageproces resulteerde in een plat oppervlaklaminaat, met een gelijkmatige verdeling van magnetische en elektrische materialen. Als resultaat kwamen de gemeten resultaten van de microgolfabsorber nauw overeen met het oorspronkelijke ontwerp.”

“Door het gebruik van een sandwichstructuur hebben we geavanceerde meerlaagse absorbers gemaakt die passen bij de luchtimpedantie over het breedst mogelijke werkfrequentiebereik, terwijl ze een kleine relatieve dikte behouden. De eerste laag, met een zacht omlijnd cirkelvormig patroon, draagt ​​bij aan een uitbreiding in de werkfrequentie. De integratie van cirkelvormige en vierkante patronen in de meerlaagse structuur bereikt metamateriaaleigenschappen met negatieve permittiviteit, waardoor een opmerkelijke perfecte absorptie (absorptievermogen van 99%) meer dan eens binnen het werkfrequentiebereik wordt bereikt, “zei dhr. Yize Li, Ph. D. Kandidaat aan de Universiteit van Manchester.

De geleidende laminaten die met behulp van lasertechniek werden vervaardigd, vertonen een opmerkelijk gelijkmatige verdeling van de bladweerstand. De variatie in bladweerstand is bijna een orde van grootte kleiner dan die van zeef- of spuitdruk. Dit voordeel zorgde ervoor dat de uiteindelijke prestaties van de lasergefabriceerde microgolfabsorbeerder overeenkwamen met het oorspronkelijke ontwerp.

Dr. Kewen Pan, Associate Researcher bij NIMTE zei: “Na een geschikte afstemming bereikte de microgolfabsorber een gemiddelde absorptiecoëfficiënt in het bereik van 97,2% tot 97,7% over een brede bandbreedte en bereik van invalshoeken. Gebaseerd op mijn literatuuronderzoek, dit microgolfabsorber heeft de beste verhouding tussen bandbreedte en dikte die ooit is gerapporteerd.”

Professor Lin Li, directeur van Laser Extreme Manufacturing bij NIMTE en fellow van de Royal Academy of Engineering, merkte op: “Dit onderzoek heeft een grote doorbraak bereikt in de directe productie van conforme microgolfabsorbeerders op complexe structuren, wat mogelijk werd gemaakt door de gelijktijdige vorming en afstemming van elektrische en magnetische eigenschappen van materialen met laserpatronen op flexibele en gebogen substraten.

“Met de hoogste relatieve bandbreedte en materialen met de laagste dikte tot nu toe, introduceert deze methode een nieuwe weg voor de grootschalige productie van metamaterialen voor microgolfabsorptietoepassingen in de luchtvaart, onderdrukking van elektromagnetische interferentie (EMI) en 5G-technologie.”