ماده جدیدی که ضخامت آن از تار موی انسان کمتر است، برای مسدود کردن ۹۹.۹۹۹۹۹۹۹ درصد از امواج راداری ورودی طراحی شده است. دانشمندان کره جنوبی با الهام از یک ترفند معماری قدیمی، یعنی ساختار بنایی «آجر و ملات» به این دستاورد نائل شدهاند.
تحقیق مشترک دو موسسه علمی
تیمهای تحقیقاتی «موسسه علوم مواد کره» (KIMS) و «موسسه علم و فناوری کره» (KIST) در یک پژوهش مشترک از یک لایه کامپوزیت ترکیبی و فوقالعاده نازک رونمایی کردند که میتواند فناوریهای رادارگریزی، هوافضا و لوازم الکترونیکی روزمره را ارتقاء دهد. رمز موفقیت در ترکیب دو نانوماده پیشرفته نهفته بود که پیش از این، به تنهایی کارایی چندانی نداشتند.
بیشتر بخوانید: چین از پهپادها برای پاکسازی یخ خطوط برق استفاده میکند
ویژگیهای کلیدی ماده جدید
دستگاههای مدرن نیازمند سه ویژگی کلیدی و همزمان شامل محافظت مؤثر در برابر امواج الکترومغناطیسی برای جلوگیری از تداخل الکترونیکی، قابلیت پنهانماندن از دید حسگرهای حرارتی (بازتاب فروسرخ پایین و استحکام فیزیکی بالا) هستند. فلزات معمولی بسیار سنگین هستند، به مرور زمان دچار خوردگی میشوند و قابلیت انعطافپذیری ندارند. دانشمندان برای جایگزینی فلز، به سراغ الیاف نانولوله کربنی (CNT) رفتند. نانولولههای کربنی سبک و مستحکم هستند و رسانایی الکتریکی فوقالعادهای دارند. با این حال، تبدیل این الیافِ رشتهمانند و پراکنده به ورقههای بزرگ و یکدست دشوار است و این مواد در برابر حسگرهای حرارتی فروسرخ، بازتاب شدیدی ایجاد میکنند.
این مشکل با کمک مادهای به نام «مکسین» (MXene) حل شد. این نانوماده دوبعدی به طور طبیعی نور فروسرخ را جذب میکند و گزینهای ایدهآل برای پنهانکاری حرارتی محسوب میشود، اما نانوورقههای مکسین شکننده و حساس هستند و در شرایط محیطی واقعی به سرعت تخریب میشوند. هیچیک از این دو ماده به تنهایی قادر به حل مشکل نبودند، اما ترکیب آنها ساختاری بسیار کارآمدتر و قدرتمندتر ایجاد کرد.
این تیم تحقیقاتی به سرپرستی دکتر «تائههون کیم» از KIMS و با همکاری دکتر «سون جون کیم» و دکتر «جهوو کیم» از KIST، برای یافتن راهی جهت پیوند دادن این دو ماده، از اصول مهندسی عمران الهام گرفت. آنها سطح الیاف نانولوله کربنی را با گروههای عاملی «آمینه» (amine) اصلاح کردند تا پیوند مولکولی محکمی با نانوورقههای مکسین برقرار شود. سپس این الیافِ اصلاحشده را به صورت پیوسته از درون محلول مکسین عبور داده و آنها را محکم در کنار یکدیگر پیچیدند.
عملکرد و کاربردهای ماده جدید
در این ساختارِ «آجر و ملات»، الیافِ همراستای نانولوله کربنی، نقش ستون فقرات ساختاری و تحملکننده بار را ایفا میکنند. نانوصفحات MXene شکافهای میکروسکوپی بین این الیاف را پر میکنند، آنها را در جای خود قفل میکنند و از لغزش تحت فشار فیزیکی جلوگیری میکنند. این طراحی همچنین یک شبکه الکتریکی بدون وقفه در سراسر ماده ایجاد میکند. تائههون کیم گفت: کلید این فناوری ترکیب نانومواد با ویژگیهای مختلف مانند آجر و ملات است که نقاط قوت هر ماده را حفظ میکند و در عین حال نقاط ضعف مربوط به آنها را جبران میکند.
لایه حاصل تنها ۱۷.۵ میکرومتر ضخامت دارد. این ماده عملکردی استثنایی را در چهار حوزه کلیدی ارائه میدهد و تقریباً ۹۰ دسیبل محافظ الکترومغناطیسی فراهم میکند و بیش از ۹۹.۹۹۹۹۹۹۹ درصد از امواج را در باندهای رادار و ارتباطی مسدود میکند. همچنین مقاومت کششی ۱.۰۲ گیگاپاسکال آن با دوام مکانیکی فولاد سازهای با استحکام بالا مطابقت دارد.
علاوه بر این، انتشار فروسرخ بسیار کم آن، تابش حرارتی را سرکوب میکند و اشیاء را از دوربینهای ردیاب گرما پنهان میکند. مقاومت این ماده در برابر حرارت بالا و رطوبت، پایداری عملیاتی کامل را در جایی که MXene خالص معمولاً تخریب میشود، حفظ میکند.
کاربرد نظامی این ماده در صورت تطبیق میتواند بسیار زیاد باشد. جنگندههای رادارگریز، پهپادهای شناسایی و هواپیماهای نظامی که در این کامپوزیت پیچیده میشوند، میتوانند وزن خود را کاهش دهند. در عین حال، میتواند نویزهای الکترونیکی و امضاهای حرارتی خود را از رادارها و سیستمهای جستجوی حرارت دشمن پنهان کند. دنیای غیرنظامی نیز به همان اندازه از آن بهرهمند خواهد شد.
بیشتر بخوانید: نظریه اشاعه نوآوری و چرایی پذیرش فناوریهای جدید · نور کم در اتاق خواب؛ تهدیدی جدی برای سلامت قلب!
