Исследователи UBC Okanagan в сотрудничестве с Университетом Дрекселя создали первую в своем роде разработку — новый состав, который можно использовать для 3D-печати телекоммуникационных антенн и других устройств связи. Эти 3D-печатные продукты, созданные путем объединения двумерного соединения под названием MXenes с полимером, могут использоваться в качестве альтернативы металлическим аналогам и могут значительно улучшить коммуникационные технологии, включая такие элементы, как антенны, волноводы и фильтры.

Исследование опубликовано в журнале Materials Today.

Волноводы есть повсюду, но большинство людей не знают, что это такое, говорит доктор Мохаммад Зарифи, исследователь лаборатории микроэлектроники и гигагерцовых приложений (OMEGA) UBC Оканагана.

Волноводы — это конструкции или трубы, которые помогают направлять звуковые и оптические волны в устройствах связи и бытовых приборах, таких как микроволновые печи. Волноводы различаются по размеру, но исторически они изготавливались из металла из-за своих проводящих свойств.

Доктор Зарифи и его команда OMEGA разрабатывают современные коммуникационные компоненты, которые имеют характеристики, сравнимые с металлом, но при этом в 10–20 раз легче, дешевле и проще в сборке.

«В постоянно развивающемся мире технологий волноводы — основа устройств, которые мы используем ежедневно — претерпевают трансформационные изменения», — объясняет доктор Зарифи, доцент Инженерной школы. «От знакомого шума микроволновых печей до обширных возможностей спутниковой связи — эти неотъемлемые компоненты традиционно изготавливались из таких металлов, как серебро, латунь и медь».

MXenes — это новое семейство двумерных материалов, причем карбид титана MXene является лидером с точки зрения электропроводности, — объясняет доктор Юрий Гогоци, директор Института наноматериалов AJ Drexel в Университете Дрекселя в Филадельфии.

«Думайте о MXenes как о проводящих хлопьях нанометровой толщины, которые можно диспергировать в водоподобной глине», — говорит доктор Гогоци. «Это материал, который можно наносить из дисперсии в чистой воде без добавок практически на любую поверхность. После высыхания в воздух, он может сделать полимерные поверхности проводящими. Это похоже на металлизацию при комнатной температуре , без плавления или испарения металла, без вакуума или температуры».

Интеграция MXenes в детали на основе нейлона, напечатанные на 3D-принтере, позволяет канальной структуре стать более эффективной в направлении микроволн в частотные диапазоны. Эти возможности легкого компонента, изготовленного методом аддитивного производства, могут повлиять на проектирование и производство электронных устройств связи в аэрокосмической и спутниковой промышленности, объясняет Омид Никсан, аспирант инженерной школы UBCO и первый автор статьи.

«Будь то в космических устройствах связи или в медицинском оборудовании для визуализации, таком как аппараты МРТ, эти легкие полимерные структуры с покрытием из MXene могут заменить традиционные методы производства, такие как механическая обработка металла, для создания канальных структур», — добавляет он.

У исследователей есть предварительный патент на компоненты связи с покрытием из MXene на основе полимера. И доктор Зарифи отмечает, что потенциал этого оборудования заоблачный.

«Хотя еще предстоит провести дополнительные исследования, мы воодушевлены потенциалом этого инновационного материала», — говорит доктор Зафири. «Мы стремимся исследовать и развивать возможности 3D-печатных антенн и устройств связи в космосе. Уменьшая полезную нагрузку шаттлов-транспортеров, это дает инженерам больше возможностей».