Il microonde

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 4385 (2022) Citare questo articolo

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Recentemente, l'applicazione e lo sviluppo di compositi flessibili per l'assorbimento delle microonde basati sulla gomma siliconica sono gradualmente diventati un punto caldo della ricerca. In questo studio, i compositi metilvinilfenilgomma siliconica (MPVQ)/particelle di ferrocarbonile (CIP)/grafene (GR) sono stati preparati mediante miscelazione meccanica e sono stati studiati gli effetti della temperatura di invecchiamento termico sulle proprietà di assorbimento delle microonde dei compositi . È stato identificato il meccanismo degli effetti della temperatura di invecchiamento termico sul comportamento di assorbimento delle microonde. I risultati mostrano che i compositi non invecchiati hanno proprietà di assorbimento delle microonde superiori, con una perdita di riflessione minima (RLmin) di -87,73 dB, uno spessore minimo di 1,46 mm e una larghezza di banda di assorbimento effettiva (EAB, RL < -10 dB) che raggiunge 5,8 GHz. (9,9–15,7 GHz). Con l'invecchiamento a 240 °C per 24 ore, l'RLmin alla frequenza di 5,48 GHz è −45,55 dB con uno spessore di 2,55 mm e il valore EAB raggiunge 2 GHz (intervallo 4,6–6,6 GHz). Nel processo di invecchiamento termico, si verifica una reazione di reticolazione in MPVQ con un aumento della densità di reticolazione da 5,88 × 10−5 mol g−1 (non invecchiato) a 4,69 × 10−4 mol g−1 (invecchiato a 240 °C). Allo stesso tempo, la degradazione termica dei compositi porta ad una riduzione della concentrazione di gomma. Inoltre, una piccola quantità di CIP viene ossidata a Fe3O4 e i restanti CIP si aggregano per generare percorsi più elettricamente conduttivi. Di conseguenza, la perdita dielettrica dei compositi risulterà notevolmente migliorata, con conseguente scarso adattamento di impedenza. Le proprietà di assorbimento delle microonde dei compositi diminuiscono gradualmente con l'aumento della temperatura di invecchiamento termico da 200 a 240 °C.

Negli ultimi anni, con il prospero sviluppo del settore delle comunicazioni elettroniche, il problema dell'inquinamento da onde elettromagnetiche è diventato sempre più serio, dannoso per la salute umana, la sicurezza delle informazioni e l'ambiente ecologico1,2,3,4,5. Pertanto, la ricerca e lo sviluppo per produrre materiali sottili, a banda larga e a basso costo per l'assorbimento delle microonde con forti capacità di assorbimento sono gli obiettivi primari di questo settore6,7,8. Tra i materiali disponibili per l'assorbimento delle microonde, alcuni basati su una matrice di gomma presentano non solo proprietà di assorbimento delle microonde superiori ma anche eccellenti prestazioni meccaniche e di lavorazione, attirando così notevole attenzione9,10. La maggior parte delle gomme sono trasparenti alle onde elettromagnetiche, il che ha un'influenza minore sulle proprietà di assorbimento delle microonde. Per preparare materiali assorbenti a base di gomma ad alte prestazioni, nella matrice di gomma sono essenziali alcuni riempitivi che assorbono le onde, come materiali dielettrici (grafite, grafene, nanotubi di carbonio e così via) e materiali magnetici, inclusi CIP, FeSiAl, ferrite e così via. il 11,12,13. Ad esempio, Xun et al.14 hanno preparato compositi in polvere di ferro carbonilico (CIP)/nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT)/gomma siliconica (VMQ) che mostrano eccellenti prestazioni di assorbimento delle microonde con una perdita di riflessione minima (RLmin) di -37,5 dB e una larghezza di banda di assorbimento effettiva (EAB) di 3,7 GHz. I compositi CIP/poliuretano (PU)/grafene (GR) sono stati prodotti da Duan et al.15, che hanno dimostrato che gli effetti sinergici dei compositi dielettrici/magnetici possono migliorare l'attenuazione delle onde elettromagnetiche. Tuttavia, quando la pirolisi termica o la reticolazione eccessiva di alcune gomme avviene a temperatura elevata, la concentrazione e la distribuzione dei riempitivi di assorbimento delle microonde nella matrice di gomma varieranno e influenzeranno ulteriormente le proprietà di assorbimento delle microonde dei materiali. Inoltre, la distruzione delle strutture molecolari della matrice di gomma ridurrà la protezione dei riempitivi che assorbono le microonde, con conseguente ossidazione ad alta temperatura dei riempitivi16. Ad esempio, Zhang et al.17 hanno riportato l'effetto del tempo di invecchiamento termico sulle proprietà di assorbimento delle microonde dei compositi CIP/VMQ. Dopo l'invecchiamento a 200 °C per 12 giorni, l'RLmin dei compositi è cambiato da −33,7 a −18,8 dB e l'EAB è diminuito da 1,76 a 1,02 GHz, indicando che la resistenza all'invecchiamento termico della gomma siliconica come matrice deve essere migliorata ulteriormente migliorato, mentre l’utilizzo solo dei CIP come assorbitori di microonde presenta svantaggi nel bilanciare la complessa permettività relativa e permeabilità. In particolare, un ibrido di CIP e GR con una densità relativamente bassa e un'elevata conduttività elettrica è utile per migliorare l'adattamento di impedenza e le prestazioni di assorbimento delle microonde dei compositi18,19,20,21.