У овој студији, технологија УВ пикосекундног ласерског јеткања коришћена је за производњу периодичних микроструктура на површини композитних превлака за микроталасну -упијајућу слојеве од угљеничних наноцеви/карбонил гвожђе у праху (ЦНТс/ЦИП), чиме се постиже синергистичка оптимизација суперхидрофобности и перформанси микроталасне апсорпције. Ласерско нагризање стубних микроструктура повећало је угао контакта са водом премаза са 71,5 степени на 151,2 степена и резултирало ефективним опсегом апсорпције (ЕАБ) од 5,3 ГХз при дебљини од 1,3 мм, нудећи разноврсну и ефикасну техничку стратегију за побољшање прилагодљивости микроталасне {6}превлаке{6}б.
Превлаке које апсорбују микроталасе{0}} играју незаменљиву улогу у сузбијању радарских потписа, отпорности на сметње у комуникацији и ублажавању електромагнетног загађења, што их чини широко применљивим у сектору ваздухопловства и одбране. Прилагодљивост ових премаза на животну средину је кључна за дугорочну-стабилност њихових перформанси упијања микроталасне пећнице-и постала је кључно уско грло које ограничава њихову инжењерску примену. Постизање равнотеже између супериорне микроталасне апсорпције и отпорности на временске услове остаје критичан изазов на терену. Недавна истраживања су се првенствено фокусирала на прилагођавање агенса за упијање микроталаса-у условима околине-као што је делимична замена традиционалних феромагнетних агенаса материјалима који поседују већу физичко-хемијску стабилност-или стварањем хидрофобних површина како би се побољшала укупна отпорност премаза на временске услове. Међутим, конвенционалне методе се често боре да истовремено оптимизују микроталасну апсорпцију и хидрофобност, док се такође суочавају са проблемима у вези са сложеном обрадом и високим трошковима. Да би се ово решило, ова студија иновативно користи УВ пикосекундно ласерско нагризање за прецизну производњу периодичних микроструктура на површини ЦНТ/ЦИП композитних микроталасних-превлака, чиме се постиже синергистичко побољшање и суперхидрофобности и перформанси микроталасне{12}апсорбовања.
1. Карактеризација микроталасних{1}}апсорбујућих агенаса и електромагнетних својстава композитних премаза
У овој студији, хетероструктурисане угљеничне наноцеви (ЦНТ) са спиралном морфологијом су припремљене од ЦО₂ методом растопљене-соли и коришћене за делимичну замену праха карбонилног гвожђа (ЦИП) у производњи композитних превлака које апсорбују микроталасне{1}}. Уградња ЦНТ-а не само да је смањила садржај пунила, већ је и одржала способност губитка магнета због инхерентног феромагнетизма наноцеви. Штавише, формирање непрекидне проводне мреже, обилна међуфазна поларизација и вишеструко расејање електромагнетних таласа изазвано спиралном структуром заједно су оптимизовали диелектричне особине, чиме су ублажили проблеме неусклађености импедансе типично узроковане високом диелектричном константом чистог ЦИП-а. Мерења електромагнетних параметара су показала да ЦНТ/ЦИП композитни премази показују уравнотежена диелектрична и магнетна својства, олакшавајући ефективно усклађивање импедансе и слабљење електромагнетних таласа. На дебљини од 1,3 мм, премаз је постигао ефективни апсорпциони опсег (ЕАБ) од 4,12 ГХз и минимални губитак рефлексије (РЛₘᵢₙ) од −15,1 дБ, демонстрирајући одличне перформансе микроталасне апсорпције.
2. Пројектовање електромагнетне симулације микроструктура
Да би се истражио утицај микроструктура на перформансе премаза, ова студија је користила софтвер ЦСТ Студио Суите за спровођење електромагнетних симулација на две врсте периодичних микроструктура: стубасте и саће. Резултати показују да дубина нагризања значајно утиче на рефлективност премаза, док бочне димензије микроструктура (као што су полупречник стубова и размак) имају релативно мали утицај на учинак{1}}апсорбовања таласа. То је зато што су димензије микроструктуре далеко мање од електромагнетних таласних дужина у фреквенцијском опсегу 2–18 ГХз, спречавајући стварање јаких ефеката сметњи. Резултати симулације показују да повећање дубине нагризања помера и апсорпциони врх и ефективни апсорпциони опсег (ЕАБ) ка вишим фреквенцијама без значајног мењања самог пропусног опсега. Ови налази пружају важне смернице за оптимизацију практичних параметара процеса нагризања: одговарајућом контролом дубине нагризања могуће је постићи суперхидрофобна својства уз задржавање оригиналних, одличних перформанси премаза-упијања таласа.
3. Утицај ласерског гравирања на хидрофобне и микроталасне{1}}апсорбујуће особине премаза
Микроструктуре налик периодичном стубу-и саћа- су прецизно направљене на површини премаза коришћењем УВ пикосекундне ласерске машине за обележавање. Карактеризација путем СЕМ и 3Д микроскопије потврдила је да ласерско гравирање може прецизно конструисати пројектоване микроструктуре; урезане избочине су биле уједначене висине, а периодичне структуре су остале нетакнуте. Тестови влажења су открили да је угао контакта са водом нетакнуте површине премаза био само 71,5 степени, док је угао контакта са водом на површини узорка А1 достигао 151,2 степена након структура налик на стубове ласерског гравирања-, показујући одличну суперхидрофобност. Анализа структурних параметара је показала да структуре налик стубовима{10}} нуде супериорну хидрофобност у поређењу са структурама налик саћу{11}}; стабилно Кесијево стање-а самим тим и поуздана суперхидрофобност-могла би се постићи када је д/ц однос био испод 0,15, а висина падала у опсегу од 100–180 μм. Приметно је да је утицај ласерског гравирања на перформансе упијања микроталасних{18}}био занемарљив. Са изузетком узорка Б4, који је показао значајно одступање услед прекомерног-нагризања, сви остали узорци су задржали добра својства апсорбовања микроталасне{22}}. Ефективни опсег апсорпције (ЕАБ) узорака А4 и Б4 достигао је 5,2 ГХз и 5,3 ГХз, респективно, надмашујући друге пријављене премазе које апсорбују микроталасне{28}}превлаке дебљине испод 1,5 мм. Ово показује да ласерско нагризање омогућава ефикасну и прецизну производњу хидрофобних микроструктура уз очување перформанси упијања микроталаса{31}}.
Ова студија је развила једноставну стратегију која се може контролисати коришћењем УВ пикосекундног ласерског гравирања за прецизну производњу периодичних микроструктура на површини ЦНТ/ЦИП-ојачаних полиуретанских премаза, чиме се постиже синергистичка оптимизација хидрофобности површине и перформанси микроталасне апсорпције. Кључни налази су следећи: (1) Ласерски-угравиране стубне микроструктуре повећале су угао контакта са водом са 71,5 степени на 151,2 степена, омогућавајући суперхидрофобност без потребе за додатном флуорацијом; (2) При дебљини од 1,3 мм, премаз оптимизоване микроструктуре постигао је ефективни апсорпциони опсег (ЕАБ) од 5,3 ГХз-најшири пријављени за ову дебљину-и у потпуности задржао своју интринзичну способност микроталасне апсорпције; (3) Ову стратегију карактерише њена свестраност, независност од материјала и висока прецизност, нудећи обећавајуће изгледе за надоградњу постојећих микроталасних апсорпционих система и производњу мултифункционалних интегрисаних уређаја за високу{12}}влажност и корозивна окружења. Будућа истраживања би могла даље да истраже оптимизацију параметара ласерског нагризања за различите системе пуњења који апсорбују микроталасне{14}}и и да прошире примену технологије на мултифункционалне интегрисане премазе за паметну стеалтх и електромагнетну заштиту.
