UBC奧肯納根研究人員創(chuàng)造了新的化合物來改變太空衛(wèi)星通信的方式

南極熊導讀：聚合物增材制造雖然具有成本和重量相關的優(yōu)勢，但這種材料通常無法滿足某些性能要求，如高導電性。在航空航天技術中，特別是在現代通信系統中，高導電性是不可或缺的，這限制了聚合物增材制造在某些應用領域的使用。

△MXene涂層聚合物組件可以替代金屬3D打印部件，大大降低太空以及各種地面應用的重量和成本

2024年3月4日，南極熊獲悉，UBC奧肯那根（Okanagan）工程學院的研究人員與德雷克塞爾大學合作，開發(fā)了一種輕質復合材料。通過將一種稱為MXenes的二維化合物與聚合物相結合，可以用作金屬對應物的替代品，并且可以極大地改進通信技術，包括天線、波導和濾波器等元件。

△通信示意圖

導電聚合物替代金屬部件

UBC奧肯那根微電子和千兆赫應用（OMEGA）實驗室的研究員Mohammad Zarifi博士表示，波導無處不在，但大多數人并不知道它們是什么。波導是幫助在通信設備和微波爐等消費電器中引導聲波和光波的結構或管道。波導的尺寸各不相同，但通常它們都是由具有導電特性的金屬制成。

為此，Zarifi博士和他的OMEGA團隊開發(fā)了一種為聚合物導電的辦法，這些組件具有與金屬兼容的性能，但重量輕10至20倍，成本更低且易于制造。

△該研究已發(fā)表在最新一期的《今日材料》雜志上，題目為“MXene引導微波穿過3D聚合物結構”（傳送門）

工程學院副教授Zarifi博士解釋說：“在不斷發(fā)展的技術領域，波導是我們日常使用的設備的基礎，但它正在經歷一場變革。傳統上，從熟悉的微波爐嗡嗡聲到衛(wèi)星通信的廣泛覆蓋范圍，這些組成部分傳統上都是由銀、黃銅和銅等金屬制成的?！?br />
費城德雷塞爾大學AJ Drexel納米材料研究所所長Yury Gogotsi博士解釋說，MXene是一個新興的二維材料家族，其中碳化鈦MXene在導電性方面處于領先地位。

Gogotsi博士說：“把MXenes想象成納米薄的導電薄片，它可以像粘土一樣分散在水中。在空氣中干燥后，它可以使聚合物表面導電。它就像室溫下的金屬化，無需熔化或蒸發(fā)金屬，無需真空或溫度。”

△Omid Niksan博士擁有3D打印MXene涂層組件的原型，該組件可用作天線、波導和濾波器中金屬組件的替代品

將MXene集成到3D打印的尼龍部件上，可以使通道狀結構更有效地將微波引導至頻段。UBCO工程學院博士生、該文章的第一作者Omid Niksan解釋說，輕質增材制造組件的這種能力，可能會影響航空航天和衛(wèi)星行業(yè)電子通信設備的設計和制造。

他補充道:“無論是在天基通信設備還是MRI機器等醫(yī)學成像設備中，這些輕質MXene涂層聚合物結構都有可能取代傳統的制造方法，例如用于創(chuàng)建通道結構的金屬加工方法?！?br />
研究人員擁有基于聚合物的MXene涂層通信組件的臨時專利。Zarifi博士指出：“雖然還需要進行更多研究，但我們對這種創(chuàng)新材料的潛力感到興奮。我們的目標是探索和開發(fā)3D打印天線和通信設備在太空中的可能性。通過減少航天飛機運輸車的有效載荷，它為工程師提供了更多選擇。”

該研究是與德雷塞爾大學AJ德雷塞爾納米材料研究所的科學家合作進行的，并得到了國防部、自然科學與工程研究委員會和美國國家科學基金會的支持。