U ovoj studiji korištena je tehnologija UV pikosekundnog laserskog jetkanja za izradu periodičnih mikrostruktura na površini kompozitnih premaza za mikrovalnu -apsorpciju ugljikovih nanocijevi/karbonilnog željeznog praha (CNTs/CIP), čime se postigla sinergistička optimizacija superhidrofobnosti i performansi apsorpcije mikrovalova. Lasersko jetkanje stupčastih mikrostruktura povećalo je kontaktni kut premaza s vodom sa 71,5 stupnjeva na 151,2 stupnja i rezultiralo učinkovitom apsorpcijskom širinom pojasa (EAB) od 5,3 GHz pri debljini od 1,3 mm, nudeći svestranu i učinkovitu tehničku strategiju za poboljšanje ekološke prilagodljivosti premaza koji apsorbiraju-mikrovalove.
Premazi za{0}}apsorpciju mikrovalova igraju nezamjenjivu ulogu u suzbijanju radarskih znakova, otpornosti na komunikacijske smetnje i ublažavanju elektromagnetskog zagađenja, što ih čini široko primjenjivim u sektoru zrakoplovstva i obrane. Prilagodljivost ovih premaza za okoliš ključna je za dugoročnu -stabilnost njihove učinkovitosti-apsorpcije mikrovalova i postala je ključno usko grlo koje ograničava njihovu primjenu u inženjerstvu. Postizanje ravnoteže između vrhunske apsorpcije mikrovalova i otpornosti na vremenske uvjete ostaje ključni izazov u ovom području. Nedavna istraživanja prvenstveno su usmjerena na prilagodbu sredstava za{6}}apsorpciju mikrovalova uvjetima okoline-kao što je djelomična zamjena tradicionalnih feromagnetskih sredstava materijalima koji posjeduju veću fizikalno-kemijsku stabilnost-ili stvaranje hidrofobnih površina za poboljšanje ukupne otpornosti premaza na vremenske uvjete. Međutim, konvencionalne metode često se bore s istovremenom optimizacijom apsorpcije mikrovalova i hidrofobnosti, dok se također suočavaju s problemima koji se odnose na složenu obradu i visoke troškove. Kako bi se to riješilo, ova studija inovativno koristi UV pikosekundno lasersko jetkanje za preciznu izradu periodičnih mikrostruktura na površini CNT/CIP kompozitnih premaza-apsorpcije mikrovalova, čime se postiže sinergijsko poboljšanje i superhidrofobnosti i učinkovitosti-apsorpcije mikrovalova.
1. Karakterizacija sredstava za-apsorpciju mikrovalova i elektromagnetska svojstva kompozitnih premaza
U ovoj studiji, heterostrukturirane ugljikove nanocijevi (CNT) sa spiralnom morfologijom pripremljene su od CO₂ metodom rastopljene-soli i korištene za djelomičnu zamjenu karbonilnog željeznog praha (CIP) u izradi kompozitnih premaza koji-apsorpciju mikrovalova. Ugradnja CNT-a ne samo da je smanjila sadržaj punila, već je i zadržala mogućnosti magnetskog gubitka zbog feromagnetizma svojstvenog nanocijevima. Nadalje, formiranje kontinuirane vodljive mreže, obilne međupovršinske polarizacije i višestrukog raspršenja elektromagnetskih valova induciranih spiralnom strukturom zajedno su optimizirali dielektrična svojstva, čime su se ublažili problemi s neusklađenošću impedancije koje obično uzrokuje visoka dielektrična konstanta čistog CIP-a. Mjerenja elektromagnetskih parametara pokazala su da CNT/CIP kompozitne prevlake pokazuju uravnotežena dielektrična i magnetska svojstva, olakšavajući učinkovito usklađivanje impedancije i slabljenje elektromagnetskih valova. Pri debljini od 1,3 mm, premaz je postigao efektivnu propusnost apsorpcije (EAB) od 4,12 GHz i minimalni gubitak refleksije (RLₘᵢₙ) od -15,1 dB, pokazujući izvrsnu izvedbu apsorpcije mikrovalova.
2. Elektromagnetski simulacijski dizajn mikrostruktura
Kako bi se istražio utjecaj mikrostruktura na učinak premaza, ova studija koristila je softver CST Studio Suite za provođenje elektromagnetskih simulacija na dvije vrste periodičnih mikrostruktura: stupčaste i saćaste. Rezultati pokazuju da dubina jetkanja značajno utječe na reflektivnost premaza, dok bočne dimenzije mikrostruktura (kao što su polumjer i razmak) imaju relativno mali utjecaj na performanse-apsorpcije valova. To je zato što su dimenzije mikrostrukture daleko manje od elektromagnetskih valnih duljina u frekvencijskom rasponu 2–18 GHz, sprječavajući stvaranje jakih učinaka smetnji. Rezultati simulacije pokazuju da povećanje dubine jetkanja pomiče i apsorpcijski vrh i efektivnu apsorpcijsku širinu pojasa (EAB) prema višim frekvencijama bez značajnog mijenjanja same širine pojasa. Ova otkrića daju važne smjernice za optimizaciju praktičnih parametara procesa jetkanja: odgovarajućom kontrolom dubine jetkanja, moguće je postići superhidrofobna svojstva uz zadržavanje originalne, izvrsne performanse-apsorpcije valova.
3. Učinak laserskog jetkanja na hidrofobna i mikrovalna-apsorpcijska svojstva premaza
Periodične mikrostrukture poput -stupa i saća-precizno su izrađene na površini premaza pomoću UV pikosekundnog laserskog stroja za označavanje. Karakterizacija pomoću SEM i 3D mikroskopije potvrdila je da lasersko jetkanje može točno konstruirati dizajnirane mikrostrukture; urezane izbočine pokazivale su jednolike visine, a periodične strukture ostale su netaknute. Ispitivanja močivosti otkrila su da je kontaktni kut s vodom netaknute površine premaza bio samo 71,5 stupnjeva, dok je kontaktni kut s vodom na površini uzorka A1 dosegao 151,2 stupnja nakon laserskog jetkanja struktura sličnih -stupu, pokazujući izvrsnu superhidrofobnost. Analiza strukturnih parametara pokazala je da strukture poput-stupa nude superiornu hidrofobnost u usporedbi sa strukturama-kao saća; stabilno Cassie stanje-a time i pouzdana superhidrofobnost-moglo se postići kada je d/c omjer bio ispod 0,15, a visina padala unutar raspona od 100-180 μm. Značajno je da je utjecaj laserskog jetkanja na performanse-apsorpcije mikrovalova bio zanemariv. Uz iznimku uzorka B4, koji je pokazao značajno odstupanje zbog prekomjernog-jetkanja, svi ostali uzorci zadržali su dobra svojstva-apsorpcije mikrovalova. Pojasne širine efektivne apsorpcije (EAB) uzoraka A4 i B4 dosegnule su 5,2 GHz odnosno 5,3 GHz, nadmašujući ostale prijavljene premaze koji apsorbiraju-mikrovalove s debljinama ispod 1,5 mm. To pokazuje da lasersko jetkanje omogućuje učinkovitu i preciznu izradu hidrofobnih mikrostruktura uz očuvanje performansi-apsorpcije mikrovalova.
Ovo je istraživanje razvilo jednostavnu i kontroliranu strategiju koja koristi UV pikosekundno lasersko jetkanje za preciznu izradu periodičnih mikrostruktura na površini CNT/CIP-poliuretanskih premaza, čime se postigla sinergistička optimizacija hidrofobnosti površine i učinkovitosti apsorpcije mikrovalova. Ključni nalazi su sljedeći: (1) Laser-jetkane stupčaste mikrostrukture povećale su kontaktni kut vode sa 71,5 stupnjeva na 151,2 stupnja, omogućujući superhidrofobnost bez potrebe za dodatnim fluoriranjem; (2) Pri debljini od 1,3 mm, optimizirana mikrostrukturna prevlaka postigla je efektivnu propusnost apsorpcije (EAB) od 5,3 GHz-što je najšira zabilježena za ovu debljinu-dok je u potpunosti zadržala svoju intrinzičnu sposobnost apsorpcije mikrovalova; (3) Ovu strategiju karakterizira njena svestranost, neovisnost o materijalima i visoka preciznost, nudeći obećavajuće izglede za nadogradnju postojećih sustava mikrovalne apsorpcije i izradu višenamjenskih integriranih uređaja za korozivna okruženja s visokom{12}}vlažnošću. Buduća bi istraživanja mogla dodatno istražiti optimizaciju parametara laserskog jetkanja za različite sustave punila koji-upijaju mikrovalnu pećnicu i proširiti primjenu tehnologije na višenamjenske integrirane premaze za pametnu nevidljivu i elektromagnetsku zaštitu.
