13775

بررسي روش‌هاي بهبود عملكرد جذب امواج مايكروويو كامپوزيت‌هاي بر پايه مكسين

1400

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه

در ساليان اخير، شاهد پيشرفت روزافزون ادوات و تجهيزات الكترونيكي و نقش قابل توجه آنها در زندگي بشر بوده‌ايم. اين روند گرچه برخي از جنبه‌هاي زندگي را آسان‌تر كرده اما با مشكلاتي نيز همراه بوده است. همان‌طور كه مي‌دانيم اين ادوات مانند گوشي‌هاي هوشمند تلفن همراه و مودم‌هاي اينترنت بي‌سيم، بر مبناي امواج الكترومغناطيسي عمل مي‌كنند و گستردگي كاربرد آنها موجب بروز تداخل امواج الكترومغناطيسي مي‌شود كه اثر منفي بر سلامت انسان و عملكرد ساير دستگاه‌هاي الكترونيكي دارد. از اين رو گروه جديدي از مواد مورد توجه قرار گرفته‌اند كه تحت عنوان مواد جاذب امواج شناخته مي‌شوند. اين مواد به طور كلي از دوطريق بازتاب و جذب، به عنوان محافظ در برابر تداخل الكترومغناطيسي عمل مي‌كنند. دو پارامتر گذردهي الكتريكي و نفوذپذيري مغناطيسي كه ارتباط مستقيم با خواص دي‌الكتريك و خواص مغناطيسي مواد جاذب دارند، در ميزان جذب و بازتاب اين مواد تاثيرگذار هستند. با توجه به اينكه بازتاب اثرات منفي بر محيط اطراف دارد، امروزه تمركز بر روي حفاظت از طريق جذب امواج است. نزديك بودن مقادير دو پارامتر گذردهي و نفوذپذيري، موجب مي‌شود كه سهم بيشتري از امواج برخورد كننده به ماده جاذب وارد ساختار آن شوند كه اين پديده در قالب تطابق امپدانس ماده جاذب با فضاي بيان مي‌شود. تطابق امپدانس در واقع نسبت امپدانس ورودي به ماده جاذب به امپدانس فضاي آزاد است كه امپدانس جاذب به كمك مقادير گذردهي و نفوذپذيري محاسبه مي‌شود. پس از ورود امواج به داخل جاذب دو گروه سازوكارهاي اتلاف دي‌الكتريك و اتلاف مغناطيسي باعث جذب كامل امواج مي‌شوند. سازوكارهاي اتلاف دي‌الكتريك شامل؛ قطبيده شدن فصل مشتركي، قطبيده شدن دوقطبي، اتلاف از طريق رسانايي و آسايش دوقطبي و سازوكارهاي اتلاف مغناطيسي شامل؛ اتلاف ناشي از جريان گردابي، اتلاف هيسترزيس و اتلاف ناشي از انواع مختلف رزونانس‌هاي مغناطيسي هستند. تغييرات گذردهي و نفوذپذيري به ترتيب بر خواص دي‌الكتريك و مغناطيسي جاذب تاثيرگذار بوده و وجود سازوكارهاي مرتبط با هر كدام از اين خواص را تعيين مي‌كند. براي مقايسه عملكرد مواد جاذب سه پارامتر افت انعكاسي، ضخامت جاذب و پهنه جذب موثر را مورد بررسي قرار مي‌دهند. انواع متنوعي از مواد جاذب امواج از فلزات به عنوان مواد حفاظتي سنتي تا كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري وجود دارد. يكي از مواد كاربردي براي جذب امواج الكترومغناطيسي، خانواده‌اي از مواد دوبعدي به نام مكسن هستند كه از سال 2011 مورد توجه قرار گرفته‌اند. رسانايي بالا و ساختار لايه‌اي مكسن، گروه‌هاي عاملي سطحي، انعطاف‌پذيري و چگالي پايين مواردي هستند كه توجه پژوهشگران را جهت استفاده از مكسن به عنوان ماده جاذب به خود جلب كرده‌اند. با اين حال مكسن به تنهايي عملكرد جذبي محدودي دارد چرا كه رسانايي بالا و ذات غيرمغناطيسي آن ميزان بازتاب امواج را افزايش مي‌دهد. براي حل اين معضل، روش‌هايي جهت بهبود خواص جذبي مكسن مورد بررسي قرار گرفته‌اند كه شامل بهينه‌سازي روش سنتز، تغيير ساختار، اكسيداسيون، آنيل و كامپوزيت‌سازي هستند. در چهار روش اول با توجه به اينكه از هيچ ماده ديگري استفاده نمي‌شود و تغييرات صرفا بر خود مكسن اعمال مي‌شوند، گذردهي الكتريكي و عوامل موثر بر آن تغيير مي‌كنند. اما در روش كامپوزيت‌سازي با توجه به نوع مواد افزودني وضعيت متفاوت است. موادي كه در روش كامپوزيت‌سازي استفاده مي‌شوند به طور كلي به دو گروه مواد دي‌الكتريك و مواد مغناطيسي تقسيم مي‌شوند. مواد دي‌الكتريك بر سازوكارهاي اتلاف دي‌الكتريك و گذردهي و مواد مغناطيسي بر روي سازوكارهاي اتلاف مغناطيسي و نفوذپذيري تاثيرگذار هستند. با توجه به اينكه مكسن ذاتا يك ماده دي‌الكتريك است، از گذردهي بالا و نفوذپذيري پايين برخوردار است كه باعث مي‌شود اختلاف بين اين دو پارامتر افزايش يافته و در نتيجه ‌آن، عدم تطابق امپدانس ماده جاذب با هوا رخ بدهد. عدم تطابق امپدانس موجب مي‌شود كه سهم عمده‌اي از امواج برخوردي به جاذب بازتاب شوند كه اتفاقي نامطلوب است. به كمك كامپوزيت‌سازي، با انتخاب مناسب نوع ماده افزودني و تعداد اجزا كامپوزيت، مي‌توان از اثر همزمان اتلاف دي‌الكتريك و اتلاف مغناطيسي جهت جذب بيشتر امواج الكترومغناطيسي بهره برد.

9/6/2022 12:00:00 AM

83824

1403/07/10

Investigating methods to improve microwave absorption performance of MXene-based composites

مكسين , جذب امواج مايكروويو , سنتز كامپوزيت , مواد مغناطيسي

MXene , Microwave Absorption , Composite Synthesis , Magnetic Materials