Bu çalışmada, karbon nanotüp/karbonil demir tozu (CNT'ler/CIP) kompozit mikrodalga-emici kaplamaların yüzeyinde periyodik mikro yapılar oluşturmak için UV pikosaniye lazer aşındırma teknolojisi kullanıldı ve böylece süperhidrofobiklik ve mikrodalga emme performansının sinerjik optimizasyonu sağlandı. Sütunlu mikro yapıların lazerle aşındırılması, kaplamanın suyla temas açısını 71,5 dereceden 151,2 dereceye çıkardı ve 1,3 mm kalınlıkta 5,3 GHz'lik etkili soğurma bant genişliği (EAB) ile sonuçlandı; bu, mikrodalga-emici kaplamaların çevreye uyarlanabilirliğini geliştirmek için çok yönlü ve etkili bir teknik strateji sundu.
Mikrodalga-emici kaplamalar, radar izlerini bastırmada, iletişim parazitlerine direnmede ve elektromanyetik kirliliği azaltmada vazgeçilmez bir rol oynayarak bunları havacılık ve savunma sektörlerinde yaygın olarak uygulanabilir hale getirir. Bu kaplamaların çevreye uyarlanabilirliği, mikrodalgayı-emme performanslarının uzun vadeli stabilitesi için- çok önemlidir ve mühendislik uygulamalarını sınırlayan önemli bir darboğaz haline gelmiştir. Üstün mikrodalga emilimi ile hava koşullarına dayanıklılık arasında bir denge sağlamak, sahada kritik bir zorluk olmaya devam ediyor. Son araştırmalar öncelikli olarak geleneksel ferromanyetik ajanların kısmen daha fazla fizikokimyasal stabiliteye sahip malzemelerle değiştirilmesi- veya kaplamanın genel hava koşullarına dayanıklılığını artırmak için hidrofobik yüzeyler oluşturulması gibi mikrodalga-emici ajanların çevresel koşullara uyarlanmasına- odaklanmıştır. Bununla birlikte, geleneksel yöntemler çoğu zaman mikrodalga emilimini ve hidrofobisiteyi eş zamanlı olarak optimize etmekte zorlanırken aynı zamanda karmaşık işleme ve yüksek maliyetlerle ilgili sorunlarla da karşı karşıya kalır. Bu konuyu ele almak için mevcut çalışma, CNT'ler/CIP kompozit mikrodalga{11}}emici kaplamaların yüzeyinde periyodik mikro yapıları hassas bir şekilde üretmek için yenilikçi bir şekilde UV pikosaniye lazer aşındırma yöntemini kullanır ve böylece hem süperhidrofobiklik hem de mikrodalga{12}}emme performansında sinerjik bir artış elde eder.
1. Mikrodalga-Soğurucu Maddelerin Karakterizasyonu ve Kompozit Kaplamaların Elektromanyetik Özellikleri
Bu çalışmada, sarmal morfolojiye sahip heteroyapılı karbon nanotüpler (CNT'ler), erimiş-tuz yöntemi kullanılarak CO₂'den hazırlandı ve kompozit mikrodalga-emici kaplamaların üretiminde kısmen karbonil demir tozunun (CIP) yerini almak üzere kullanıldı. CNT'lerin eklenmesi yalnızca dolgu içeriğini azaltmakla kalmadı, aynı zamanda nanotüplerin doğasında bulunan ferromanyetizma nedeniyle manyetik kayıp yeteneklerini de korudu. Ayrıca, sürekli bir iletken ağ oluşumu, bol miktarda ara yüzey polarizasyonu ve sarmal yapı tarafından indüklenen çoklu elektromanyetik dalga saçılımı, dielektrik özellikleri toplu olarak optimize etti, böylece tipik olarak saf CIP'nin yüksek dielektrik sabitinin neden olduğu empedans uyumsuzluğu sorunlarını hafifletti. Elektromanyetik parametre ölçümleri, CNT'ler/CIP kompozit kaplamaların dengeli dielektrik ve manyetik özellikler sergilediğini, etkili empedans eşleşmesini ve elektromanyetik dalga zayıflamasını kolaylaştırdığını gösterdi. 1,3 mm kalınlıkta kaplama, 4,12 GHz'lik etkili soğurma bant genişliğine (EAB) ve -15,1 dB minimum yansıma kaybına (RLₘᵢₙ) ulaşarak mükemmel mikrodalga soğurma performansı sergiledi.
2. Mikroyapıların Elektromanyetik Simülasyon Tasarımı
Mikro yapıların kaplama performansı üzerindeki etkisini araştırmak için bu çalışmada, iki tür periyodik mikro yapı üzerinde elektromanyetik simülasyonlar yürütmek üzere CST Studio Suite yazılımı kullanıldı: sütunlu ve bal peteği. Sonuçlar, aşındırma derinliğinin kaplama yansıtıcılığını önemli ölçüde etkilediğini, oysa mikro yapıların yanal boyutlarının (sütun yarıçapı ve aralığı gibi) dalga-emme performansı üzerinde nispeten küçük bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Bunun nedeni, mikro yapı boyutlarının 2–18 GHz frekans aralığındaki elektromanyetik dalga boylarından çok daha küçük olması, güçlü girişim etkilerinin oluşmasını önlemesidir. Simülasyon sonuçları, aşındırma derinliğinin arttırılmasının, bant genişliğini önemli ölçüde değiştirmeden hem absorpsiyon zirvesini hem de etkili absorpsiyon bant genişliğini (EAB) daha yüksek frekanslara doğru kaydırdığını göstermektedir. Bu bulgular, pratik aşındırma işlemi parametrelerinin optimize edilmesi için önemli bir rehberlik sağlar: Aşındırma derinliğini uygun şekilde kontrol ederek, kaplamanın orijinal, mükemmel dalga-emme performansını korurken süperhidrofobik özelliklere ulaşmak mümkündür.
3. Lazer Aşındırmanın Kaplamanın Hidrofobik ve Mikrodalga-Emici Özellikleri Üzerindeki Etkisi
Periyodik sütun-benzeri ve bal peteği-benzeri mikro yapılar, UV pikosaniye lazer markalama makinesi kullanılarak kaplama yüzeyinde hassas bir şekilde üretildi. SEM ve 3D mikroskopi aracılığıyla yapılan karakterizasyon, lazerle dağlamanın tasarlanan mikro yapıları doğru bir şekilde oluşturabildiğini doğruladı; kazınmış çıkıntılar tekdüze yükseklikler sergiledi ve periyodik yapılar sağlam kaldı. Islanabilirlik testleri, bozulmamış kaplama yüzeyinin su temas açısının yalnızca 71,5 derece olduğunu, oysa A1 numunesinin yüzeyindeki su temas açısının lazerle aşındırma sütunu{8}}benzeri yapılardan sonra 151,2 dereceye ulaştığını ve mükemmel süperhidrofobiklik sergilediğini ortaya çıkardı. Yapısal parametrelerin analizi, sütun benzeri yapıların, bal peteği benzeri yapılara kıyasla daha üstün hidrofobiklik sunduğunu gösterdi; d/c oranı 0,15'in altında olduğunda ve yükseklik 100–180 μm aralığına düştüğünde kararlı bir Cassie durumu-ve dolayısıyla güvenilir bir süperhidrofobiklik- elde edilebilir. Özellikle, lazerle aşındırmanın mikrodalga{18}}emme performansı üzerindeki etkisi ihmal edilebilir düzeydeydi. Aşırı-aşındırma nedeniyle önemli sapma gösteren B4 örneği hariç, diğer tüm örnekler iyi mikrodalga-emme özelliklerini korudu. A4 ve B4 örneklerinin etkili soğurma bant genişlikleri (EAB), sırasıyla 5,2 GHz ve 5,3 GHz'e ulaşarak, kalınlığı 1,5 mm'nin altında olan diğer bildirilen mikrodalga{28}}emici kaplamalardan daha iyi performans gösterdi. Bu, lazerle aşındırma işleminin, mikrodalga emme performansını korurken hidrofobik mikro yapıların verimli ve hassas bir şekilde üretilmesini mümkün kıldığını göstermektedir.
Bu çalışma, CNT'ler/CIP-güçlendirilmiş poliüretan kaplamaların yüzeyinde periyodik mikro yapıları hassas bir şekilde üretmek için UV pikosaniye lazer aşındırma kullanan basit ve kontrol edilebilir bir strateji geliştirdi, böylece yüzey hidrofobikliği ve mikrodalga absorpsiyon performansının sinerjik optimizasyonunu sağladı. Temel bulgular şu şekildedir: (1) Lazerle- kazınmış sütunlu mikro yapılar, su temas açısını 71,5 dereceden 151,2 dereceye çıkararak ek florlamaya ihtiyaç duymadan süperhidrofobikliği mümkün kıldı; (2) 1,3 mm kalınlıkta, optimize edilmiş mikroyapı kaplaması, 5,3 GHz'lik etkili bir emme bant genişliğine (EAB) ulaştı-bu kalınlık için bildirilen en geniş değer-ve aynı zamanda içsel mikrodalga emme kapasitesini tamamen korudu; (3) Bu strateji, çok yönlülüğü, malzemeden bağımsızlığı ve yüksek hassasiyeti ile öne çıkmakta olup, mevcut mikrodalga soğurma sistemlerinin iyileştirilmesi ve yüksek nemli, aşındırıcı ortamlar için çok işlevli entegre cihazların üretilmesi için umut verici umutlar sunmaktadır. Gelecekteki araştırmalar, çeşitli mikrodalga emici dolgu sistemleri için lazerle oyma parametrelerinin optimizasyonunu daha fazla araştırabilir ve teknolojinin uygulamasını akıllı gizlilik ve elektromanyetik koruma için çok işlevli entegre kaplamalara genişletebilir.
