Создана пленка тоньше человеческого волоса, блокирующая 99,9% радиоволн
Исследователи из Корейского института материаловедения (KIMS) и Корейского института науки и технологий (KIST) разработали гибкую композитную пленку толщиной всего 17,5 мкм. Материал одновременно экранирует электромагнитные волны, снижает заметность в инфракрасном диапазоне и выдерживает механические нагрузки.
В основе разработки два наноматериала — углеродные нанотрубки и MXene. MXene — это сверхтонкий двумерный материал, состоящий из слоев атомов металлов и углерода или азота. По отдельности у каждого материала есть серьезные недостатки, но ученым удалось объединить их по принципу кирпичной кладки.
Нанотрубки и MXene усилили друг друга
Углеродные нанотрубки отличаются малым весом, прочностью и высокой электропроводностью. Однако из отдельных волокон сложно получить однородную пленку, а сами нанотрубки хорошо излучают в инфракрасном диапазоне, поэтому материал может быть заметен для тепловых камер.
MXene, напротив, эффективно поглощает инфракрасное излучение, но его тонкие слои хрупкие и быстро разрушаются под воздействием влаги и других факторов окружающей среды.
Команда под руководством Тэхуна Кима из KIMS изменила поверхность углеродных нанотрубок с помощью аминогрупп. Это позволило им прочно соединиться с листами MXene. Затем модифицированные волокна непрерывно пропускали через раствор MXene и укладывали рядом друг с другом, формируя плотную структуру.
В результате нанотрубки стали своеобразным каркасом материала, а листы MXene заполнили промежутки между ними. Такая конструкция препятствует смещению волокон и одновременно создает непрерывную сеть для прохождения электрического тока.
«Ключ к этой технологии заключается в объединении наноматериалов с разными свойствами по принципу кирпичей и раствора. Это позволяет сохранить сильные стороны каждого материала и компенсировать их недостатки», — сказал Тэхун Ким.
Пленка толщиной с долю волоса
Толщина нового материала составляет всего 17,5 мкм, то есть он значительно тоньше человеческого волоса. При этом пленка обеспечивает электромагнитное экранирование примерно на уровне 90 дБ и блокирует более 99,9999999% волн в диапазонах, используемых радарами и средствами связи.
Прочность материала на растяжение достигает 1,02 ГПа, что сопоставимо с прочностью некоторых марок высокопрочной стали. Кроме того, пленка почти не излучает инфракрасное тепло, поэтому потенциально может снижать заметность объектов для тепловизоров.
В отличие от чистого MXene, композит сохраняет рабочие свойства при высокой температуре и повышенной влажности. Пленку также можно многократно сгибать, скручивать и складывать без образования трещин и потери электропроводности.
От самолетов до смартфонов
Исследователи считают, что материал может найти применение там, где одновременно нужны защита от электромагнитных помех, небольшой вес и гибкость. Среди возможных областей — аэрокосмическая техника, электроника и носимые устройства.
Например, тонкой пленкой можно экранировать внутренние компоненты смартфонов, умных часов и складных устройств, не добавляя им заметной толщины. Она также может пригодиться для защиты электроники от взаимных помех, которые становятся более актуальными по мере развития сетей 5G и будущих систем 6G.
Военное применение в исходном исследовании также рассматривается, однако речь пока идет о потенциальных возможностях материала. Чтобы использовать его в реальной технике, потребуется проверить свойства пленки уже в составе конкретных конструкций.
