Forskare från Chinese Academy of Sciences Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, National Physical Laboratory (Storbritannien), University of Manchester (Storbritannien) och National University of Singapore har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt, publicerat i International Journal of Extreme Manufacturing , för att tillverka ett specifikt designat bredbandsmikrovågsabsorptionsmetamaterial med välkontrollerade elektriska och magnetiska egenskaper på ett polyetylentereftalat (PET) substrat med ultraviolett (UV) laserbestrålning.
Processen involverar användning av en UV-laser för att exakt kontrollera egenskaperna hos 2D-mönster på ett speciellt formulerat donatormaterial som vid interaktion med laserstrålen bildar magnetisk partikelinbäddad grafen, vilket resulterar i ett mycket funktionellt ultrabredband (1,56–18,3GHz) och bredband. vinkelmikrovågsabsorptionsmetamaterial, som potentiellt skulle kunna användas i automatisk massproduktion och rull-till-rulle.
Denna forskning presenterar en lasersyntesmetod i ett steg som möjliggör spontan omvandling av PBI-bläck till 3D-nanostrukturerad grafen och reduktion av en flytande jonprekursor till Fe3 O4 magnetiska nanopartiklar. Dessutom uppvisade några av dessa resulterande unika strukturella egenskaper överlägsen absorptionsprestanda jämfört med de flesta av de MMA som tidigare rapporterats, och processen, som utförs i omgivande atmosfär, kräver endast donatorbeläggning och laserbestrålning utan behov av efterbehandling.
"Den exakta arkresistanskontrollen av laserinducerad grafen (LIG) med endast 5% avvikelse uppnåddes genom lämplig laserfotoreaktion och termiska reaktioner, snarare än fixerad kristalllängd av LIG med okontrollerbar arkresistans. Magnetisk Fe3 O4 nanopartiklar bildades med hjälp av en exakt kontrollerad laserinducerad fototermisk reaktion, snarare än en oxiderad nanoblandning, säger Dr. Yihe Huang, den första författaren till denna artikel och biträdande forskare från Ningbo Institute of Industrial Technology (NIMTE), kinesiska Vetenskapsakademin.
"Den laserkontrollerade tillverkningsprocessen resulterade i ett laminat med plan yta, med jämn fördelning av magnetiska och elektriska material. Som ett resultat matchade de uppmätta resultaten från mikrovågsabsorbatorn den ursprungliga designen."
"Genom användningen av en sandwichstruktur har vi skapat avancerade flerskiktsabsorbenter som matchar luftimpedansen över det bredaste möjliga driftsfrekvensområdet, samtidigt som vi upprätthåller en liten relativ tjocklek. Det första lagret, med ett mjukt konturformat cirkulärt mönster, bidrar till en förlängning av integreringen av cirkulära och kvadratiska mönster i flerskiktsstrukturen uppnår negativa permittivitetsmetamaterialegenskaper, vilket uppnår en anmärkningsvärd perfekt absorption (absorptivitet på 99%) mer än en gång inom driftsfrekvensområdet, säger Mr. Yize Li, Ph. D. Kandidat vid University of Manchester.
De ledande laminaten som tillverkades med laserteknik uppvisar anmärkningsvärt likformig arkresistansfördelning. Arkmotståndsvariationen är nästan en storleksordning mindre än den för screen- eller spraytryckning. Denna fördel hjälpte den slutliga prestandan hos den lasertillverkade mikrovågsabsorbatorn att matcha sin ursprungliga design.
Dr Kewen Pan, Associate Researcher vid NIMTE sa:"Efter lämplig inställning uppnådde mikrovågsabsorbatorn en genomsnittlig absorptionskoefficient i intervallet 97,2 % till 97,7 % över en bred bandbredd och ett intervall av infallsvinklar. Baserat på min litteratursökning, mikrovågsabsorbatorn har det bästa förhållandet mellan bandbredd och tjocklek som någonsin rapporterats."
Professor Lin Li, direktör för Laser Extreme Manufacturing vid NIMTE och fellow vid Royal Academy of Engineering, kommenterade, "Denna forskning har uppnått ett stort genombrott i direkt produktion av konforma mikrovågsabsorbenter på komplexa strukturer, vilket möjliggjordes av den samtidiga bildningen och inställning av elektriska och magnetiska egenskaper hos lasermönstrade material på flexibla och krökta substrat.
"Med den högsta relativa bandbredden och material med lägsta tjocklek hittills introducerar denna metod en ny väg för storskalig tillverkning av metamaterial för mikrovågsabsorptionstillämpningar inom flyget, undertryckning av elektromagnetisk störning (EMI) och 5G-teknik."
Mer information: Yihe Huang et al, Ett direkt lasersyntetiserat magnetiskt metamaterial för lågfrekvent bredbandig passiv mikrovågsabsorption, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acdb0c
Tillhandahålls av International Journal of Extreme Manufacturing
