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世界上最轻的电磁屏蔽材料

  • 科学
  • 2020-07-03 08:30:37
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电动机和电子设备会产生电磁场,有时必须屏蔽电磁场,以免影响相邻的电子组件或信号传输。高频电磁场只能用四周封闭的导电外壳屏蔽。为此通常使用薄金属板或金属化箔。但是,对于许多应用而言,这样的屏蔽罩太重或对于给定的几何形状适应性太差。理想的解决方案将是具有极高屏蔽效率的轻便,柔性和耐用的材料。

防电磁辐射气凝胶

曾志辉和古斯塔夫·尼斯特罗姆领导的研究小组现已在该领域取得突破。研究人员正在使用纤维素纳米纤维作为气凝胶的基础,气凝胶是一种轻质,高度多孔的材料。纤维素纤维是从木材获得的,由于其化学结构,可以进行多种化学修饰。因此,它们是非常受欢迎的研究对象。这些纤维素纳米纤维的加工和改性的关键因素是能够以定义的方式产生某些微结构并解释所获得的效果。结构与属性之间的这些关系是Nyström在Empa团队研究的领域。

研究人员已经成功地生产了纤维素纳米纤维和银纳米线的复合材料,从而创造了超轻的精细结构,可提供出色的电磁辐射屏蔽。该材料的效果令人印象深刻:密度仅为每立方厘米1.7毫克的银增强纤维素气凝胶在高分辨率雷达辐射(8至12 GHz)的频率范围内可实现超过40 dB的屏蔽-在其他方面词:实际上,该频率范围内的所有辐射都被材料拦截。

冰晶控制形状

不仅纤维素和银线的正确组成对于屏蔽效果起决定性作用,而且材料的孔结构也起决定性作用。在孔内,电磁场来回反射,并额外触发复合材料中的电磁场,抵消了入射场。为了制造出具有最佳尺寸和形状的孔,研究人员将材料倒入预冷的模具中,使其缓慢冻结。冰晶的生长为阻尼场创造了最佳的孔隙结构。

使用这种生产方法,甚至可以在不同的空间方向上指定阻尼效果:如果材料从底部到顶部冻结在模具中,则电磁阻尼效果在垂直方向上会变弱。在水平方向(即垂直于冻结方向)上,阻尼效果得到了优化。以这种方式铸造的屏蔽结构具有很高的柔韧性:即使在来回弯曲一千次之后,其阻尼效果实际上也与原始材料相同。通过向复合物中添加或多或少的银纳米线,以及通过浇铸气凝胶的孔隙率和浇铸层的厚度,甚至可以很容易地调节所需的吸收率。

世界上最轻的电磁屏蔽

在另一个实验中,研究人员从复合材料中去除了银纳米线,并将它们的纤维素纳米纤维与二维碳化钛纳米板连接,该二维纳米板是使用特殊蚀刻工艺制成的。纳米板的作用就像硬的“砖头”,与由纤维素纤维制成的柔性“砂浆”结合在一起。该制剂也有针对性地以冷却形式冷冻。关于材料的重量,没有其他材料可以实现这种屏蔽。这将碳化钛纳米纤维素气凝胶列为迄今为止世界上最轻的电磁屏蔽材料。

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