Ερευνητές, στο Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Anhui της Κίνας, ανέπτυξαν ένα σύνθετο υλικό από βιοάνθρακα μπαμπού και βιοδιασπώμενα πλαστικά, το οποίο εμφανίζει αυξημένη μηχανική αντοχή και απορροφά αποτελεσματικά τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές
Το πρωτοποριακό υλικό αναπτύχθηκε από μια ομάδα επιστημόνων του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Anhui, που βρίσκεται στην πόλη Hefei.
Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, το νέο σύνθετο υλικό δεν ανακλά κυρίως τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Αντίθετα, απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της εισερχόμενης ακτινοβολίας και μειώνει τις δευτερογενείς παρεμβολές.
Για τη δημιουργία του νέου σύνθετου υλικού, η ομάδα χρησιμοποίησε βιοάνθρακα από μπαμπού, μια ουσία πλούσια σε άνθρακα που παράγεται με τη θέρμανση του μπαμπού σε περιβάλλον με περιορισμένη παρουσία οξυγόνου. Η διαδικασία αυτή είναι γνωστή ως πυρόλυση.
Οι ερευνητές θεωρούν ότι το υλικό θα μπορούσε να προστατεύει smartphone, φορητούς υπολογιστές και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.
«Συνδυάζοντας την ηλεκτρομαγνητική θωράκιση με τις μηχανικές επιδόσεις σε ένα υλικό με βάση τον βιοάνθρακα, ο σχεδιασμός θα μπορούσε να καθοδηγήσει την ανάπτυξη εξαρτημάτων για ηλεκτρονικές συσκευές και άλλες εφαρμογές που απαιτούν ανθεκτική θωράκιση», ανέφερε η ομάδα.
Πώς το μπαμπού μπλοκάρει τα κύματα
Οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) είναι ανεπιθύμητος ηλεκτρικός θόρυβος ή παρεμβολές που διαταράσσουν τη λειτουργία των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Συνήθως προκαλούνται από εξωτερική πηγή και αποτελούν ολοένα μεγαλύτερη ανησυχία για τους κατασκευαστές ηλεκτρονικών συσκευών.
Ωστόσο, τα παραδοσιακά αγώγιμα υλικά θωράκισης συχνά ανακλούν τα εισερχόμενα κύματα, δημιουργώντας πρόσθετες παρεμβολές. Για να αντιμετωπίσουν αυτή την πρόκληση, οι επιστήμονες στράφηκαν στον βιοάνθρακα από μπαμπού, ένα υλικό πλούσιο σε άνθρακα που δημιουργείται με τη θέρμανση βιομάζας μπαμπού με ελάχιστο ή καθόλου οξυγόνο.
Σύμφωνα με τις αναφορές, ο βιοάνθρακας θα μπορούσε να αποτελέσει ανανεώσιμο υποκατάστατο των συμβατικών αγώγιμων πληρωτικών υλικών. Ωστόσο, η χαμηλή αγωγιμότητά του και η ανεπαρκής σύνδεσή του με τα πλαστικά μπορούν να περιορίσουν τις επιδόσεις του.
Αρχικά, οι ερευνητές θέρμαναν σκόνη μπαμπού σε ατμόσφαιρα αζώτου, ώστε να παραγάγουν βιοάνθρακα. Στη συνέχεια, εφάρμοσαν στιγμιαία θέρμανση Joule (γνωστή και ως ωμική ή αντιστατική θέρμανση), η οποία χρησιμοποιεί μια σύντομη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για να τροποποιήσει τη δομή του άνθρακα.
Έπειτα, επεξεργάστηκαν τα σωματίδια με APTES, μια χημική ουσία που χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της σύνδεσης με τα πλαστικά.
Στη συνέχεια, τοποθέτησαν τον τροποποιημένο βιοάνθρακα ανάμεσα σε στρώματα δύο βιοδιασπώμενων πλαστικών, του πολυγαλακτικού οξέος (PLA) και του πολυβουτυλενοαδιπικού-συν-τερεφθαλικού (PBAT), δημιουργώντας έτσι διαδρομές που μπορούσαν να απορροφούν και να εξασθενούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Ισχυρότερο και πιο ανθεκτικό πλαστικό
Για τη μελέτη, η ομάδα συνέκρινε πλαστικά που περιείχαν μη επεξεργασμένο, θερμικά επεξεργασμένο με στιγμιαία θέρμανση και χημικά τροποποιημένο βιοάνθρακα, καθώς και μια εκδοχή χωρίς πολυστρωματική δομή.
Οι εργαστηριακές δοκιμές έδειξαν ότι το βελτιστοποιημένο σύνθετο υλικό πέτυχε αντοχή σε εφελκυσμό 25,5 megapascals (MPa). Η αντοχή του αυξήθηκε κατά 81%.
Παράλληλα, η δυσθραυστότητά του αυξήθηκε κατά 173%, φτάνοντας τα 2,68 megajoules ανά κυβικό μέτρο, ενώ η ικανότητά του να επιμηκύνεται πριν σπάσει υπερδιπλασιάστηκε, αυξανόμενη από 11,5% σε 24,7%.
Το υλικό παρουσίασε επίσης πολύ καλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η αγωγιμότητά του έφτασε τα 12,8 siemens ανά εκατοστό, έναντι μόλις 1,7 στην εκδοχή με μη επεξεργασμένο βιοάνθρακα.
Περαιτέρω δοκιμές έδειξαν ότι το υλικό περιόρισε τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές κατά μέσο όρο 36,7 decibels (dB), στις συχνότητες από 8,2 έως 12,4 gigahertz (GHz).
Αντίθετα, ένα σύνθετο υλικό χωρίς πολυστρωματική δομή, με την ίδια ποσότητα πληρωτικού υλικού, πέτυχε μόλις 7,5 decibels.
Επιπλέον, το μεγαλύτερο μέρος της θωράκισης προερχόταν από την απορρόφηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (30,8 dB), ενώ η ανάκλαση αντιστοιχούσε μόλις σε 5,9 dB. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι το δίκτυο άνθρακα και η πολυστρωματική δομή ανάγκασαν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα να διανύουν μεγαλύτερες αποστάσεις μέσα στο πλαστικό.
(Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Sustainable Carbon Materials)
www.worldenergynews.gr
