Los recubrimientos antirreflectantes se usan para reducir el deslumbramiento de la superficie en todo, desde anteojos y lentes de cámara hasta células solares, pantallas de TV y dispositivos LED. Ahora investigadores del Instituto de Investigación de Problemas Nucleares de la Universidad Estatal de Bielorrusia en Bielorrusia y el Instituto Jean Lamour-Université de Lorraine enFrancia ha desarrollado un novedoso material ultraligero y de bajo costo que podría usarse como una superficie antirreflectante eficaz para la radiación de microondas basada en los ojos de las polillas.
Los ojos de las polillas están cubiertos con un patrón hexagonal periódico de pequeñas protuberancias más pequeñas que la longitud de onda de la luz incidente. Actúan como un gradiente de índice de refracción continuo, permitiendo a las polillas ver de noche y evitar a los depredadores nocturnos, como el murciélagoLa fisiología también hace que el ojo de la polilla sea uno de los recubrimientos antirreflectantes más efectivos de la naturaleza. Los científicos ya lo han imitado con éxito para desarrollar recubrimientos antirreflectantes de alto rendimiento para luces visibles, aunque recubrimientos que a menudo son caros de fabricar y difíciles de personalizar..
El nuevo material reduce los reflejos de las microondas en lugar de la luz visible: energía invisible de una parte diferente del espectro de energía. El bloqueo de la reflexión de microondas es una aplicación importante para mediciones precisas de microondas, y el recubrimiento puede usarse como un radar de absorciónmaterial en tecnología sigilosa, una técnica que hace que un avión sea invisible para el radar, o un radar de tráfico policial que utiliza microondas para medir la velocidad del automóvil.
Descrito esta semana en el diario letras de física aplicada de AIP Publishing, la nueva tecnología se basa en una monocapa de esferas de carbono huecas empaquetadas en dos dimensiones y se ha demostrado que puede lograr una absorción de microondas casi perfecta, es decir, una absorción cercana al 100 por ciento de las microondas en la banda Ka 26-37 gigahercios rango de frecuencia, el primer material antirreflectante en lograr esto
"Con base en los resultados experimentales y de modelado, descubrimos que usando esferas de carbono huecas con diámetros esféricos más grandes y un grosor óptimo de la carcasa es posible lograr una absorción de microondas casi perfecta", dijo Dzmitry Bychanok, autor principal e investigador de ResearchInstituto para Problemas Nucleares de la Universidad Estatal de Bielorrusia en Bielorrusia. El nuevo material de recubrimiento que produjeron puede derivarse completamente de los recursos biológicos, agregó, lo que puede hacer que sea más ecológico, más económico, más fácil de fabricar y ultraligero en comparación con los recubrimientos antirreflectantes convencionales..
Cómo hicieron el material
Las esferas de carbono huecas con un diámetro uniforme se pueden usar para producir estructuras periódicas ordenadas. Para imitar la estructura de los ojos de las polillas, los investigadores empaquetaron de forma compacta esferas de carbono huecas en dos dimensiones para formar una monocapa de patrón hexagonal, que es una fuerte conductividad eléctrica.material de recubrimiento también.
"Puede imaginarse la geometría de la monocapa de esfera hueca como la de las bolas de decoración de pasteles de Navidad rellenas de forma compacta en una placa de Petri; llenar una superficie plana con bolas idénticas conducirá a un autoorden hexagonal espontáneo", explicó Bychanok ".La distribución espacial de la monocapa de esfera hueca es idealmente hexagonal, pero en la práctica es más entre cúbica y hexagonal. El grosor de la monocapa está en el rango de uno a dos milímetros ".
En el experimento, las esferas huecas de carbono se fabricaron mediante un método de plantilla basado en huevos de pescado o perlas de polímero a base de azúcar con ciertos diámetros. Específicamente, los investigadores recubrieron las esferas de plantilla de base biológica con azúcar, luego las "pirolizaron".una modificación química basada en la descomposición térmica de las esferas resultantes en atmósfera inerte. Durante dicho calentamiento, el recubrimiento de azúcar se convirtió en carbón en la superficie de las esferas, mientras que la esfera de la plantilla interna se destruyó en gran parte y se descompuso en gas, dejando una esfera de carbono hueca.
Utilizando modelos teóricos basados en aproximaciones de onda larga y mediciones experimentales, el equipo estudió las propiedades electromagnéticas de monocapas basadas en esferas huecas de parámetros diferentes en la frecuencia de banda Ka microondas. El resultado mostró que, para aplicaciones electromagnéticas que requieren alta absorción, las esferas huecas más preferidas son aquellas con radios o diámetros más grandes. Además, cada valor del radio de la esfera hueca tiene un grosor de carcasa óptimo para lograr el coeficiente de absorción más alto.
"Nuestro estudio mostró que la monocapa formada por esferas con un radio de seis milímetros y un grosor de carcasa de aproximadamente cinco micrómetros permite el coeficiente de absorción de microondas más alto, que es más del 95 por ciento a 30 gigahercios", dijo Bychanok.
Bychanok dijo que el trabajo señaló que las estructuras ordenadas bidimensionales en forma de ojo de polilla basadas en esferas conductoras huecas son sistemas prometedores para aplicaciones de absorción de radiación de microondas. El siguiente paso del equipo es investigar y desarrollar estructuras periódicas tridimensionales para unamanipulación de radiaciones de microondas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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