U ovoj studiji, tehnologija UV pikosekundnog laserskog jetkanja korišćena je za proizvodnju periodičnih mikrostruktura na površini kompozitnih prevlaka ugljičnih nanocijev/karbonil željeznog praha (CNTs/CIP) koji apsorbuju mikrovalne{0}}, čime se postiže sinergistička optimizacija superhidrofobnosti i performansi mikrovalne apsorpcije. Lasersko nagrizanje stubnih mikrostruktura povećalo je ugao kontakta s vodom premaza sa 71,5 stepeni na 151,2 stepena i rezultiralo efektivnim opsegom apsorpcije (EAB) od 5,3 GHz pri debljini od 1,3 mm, nudeći svestranu i efikasnu tehničku strategiju za poboljšanje prilagodljivosti mikrotalasnih premaza{6}b.
Prevlake koje apsorbiraju mikrovalne{0}}e igraju nezamjenjivu ulogu u suzbijanju radarskih potpisa, otpornosti na smetnje u komunikaciji i ublažavanju elektromagnetnog zagađenja, što ih čini široko primjenljivim u sektoru zrakoplovstva i odbrane. Prilagodljivost ovih premaza prema okolišu je ključna za dugoročnu-stabilnost njihovih performansi upijanja mikrovalnih pećnica-i postala je ključno usko grlo koje ograničava njihovu inženjersku primjenu. Postizanje ravnoteže između superiorne mikrotalasne apsorpcije i otpornosti na vremenske uslove ostaje kritičan izazov na terenu. Nedavna istraživanja su se prvenstveno fokusirala na prilagođavanje mikrotalasnih-agensa za upijanje okoliša-kao što je djelomična zamjena tradicionalnih feromagnetnih agenasa materijalima koji posjeduju veću fizičko-hemijsku stabilnost-ili stvaranjem hidrofobnih površina kako bi se poboljšala ukupna otpornost premaza na vremenske uvjete. Međutim, konvencionalne metode se često bore da istovremeno optimiziraju mikrovalnu apsorpciju i hidrofobnost, dok se također suočavaju s problemima koji se odnose na složenu obradu i visoke troškove. Da bi se ovo riješilo, ova studija inovativno koristi UV pikosekundno lasersko jetkanje za preciznu proizvodnju periodičnih mikrostruktura na površini CNT/CIP kompozitnih mikrovalnih{11}}apsorbirajućih premaza, čime se postiže sinergističko poboljšanje i superhidrofobnosti i performansi apsorbiranja mikrovalova{12}}.
1. Karakterizacija sredstava za upijanje mikrovalnih- i elektromagnetskih svojstava kompozitnih premaza
U ovoj studiji, heterostrukturirane ugljične nanocijevi (CNT) sa spiralnom morfologijom su pripremljene od CO₂ metodom rastaljene-soli i korištene za djelimično zamjenu praha karbonilnog željeza (CIP) u proizvodnji kompozitnih prevlaka koje apsorbiraju mikrovalne-. Ugradnja CNT-a ne samo da je smanjila sadržaj punila, već je i održala sposobnost gubitka magneta zbog inherentnog feromagnetizma nanocijevi. Nadalje, formiranje kontinuirane vodljive mreže, obilna međufazna polarizacija i višestruko raspršivanje elektromagnetnih valova izazvano spiralnom strukturom zajedno su optimizirali dielektrična svojstva, čime su ublažili probleme neusklađenosti impedancije tipično uzrokovane visokom dielektričnom konstantom čistog CIP-a. Mjerenja elektromagnetnih parametara pokazala su da CNT/CIP kompozitni premazi pokazuju uravnotežena dielektrična i magnetna svojstva, olakšavajući efektivno usklađivanje impedanse i slabljenje elektromagnetnih valova. Na debljini od 1,3 mm, premaz je postigao efektivni apsorpcioni opseg (EAB) od 4,12 GHz i minimalni gubitak refleksije (RLₘᵢₙ) od -15,1 dB, demonstrirajući odlične performanse mikrotalasne apsorpcije.
2. Elektromagnetski simulacijski dizajn mikrostruktura
Da bi se istražio utjecaj mikrostruktura na performanse premaza, ova studija je koristila softver CST Studio Suite za izvođenje elektromagnetskih simulacija na dvije vrste periodičnih mikrostruktura: stupastih i saćastih. Rezultati pokazuju da dubina nagrizanja značajno utiče na reflektivnost premaza, dok bočne dimenzije mikrostruktura (kao što su radijus stubova i razmak) imaju relativno mali uticaj na performanse upijanja talasa-. To je zato što su dimenzije mikrostrukture daleko manje od elektromagnetnih talasnih dužina u frekvencijskom opsegu 2-18 GHz, sprečavajući stvaranje jakih efekata interferencije. Rezultati simulacije pokazuju da povećanje dubine nagrizanja pomera i apsorpcioni vrh i efektivni apsorpcioni opseg (EAB) prema višim frekvencijama bez značajnog menjanja samog opsega. Ovi nalazi daju važne smjernice za optimizaciju praktičnih parametara procesa jetkanja: odgovarajućom kontrolom dubine jetkanja moguće je postići superhidrofobna svojstva uz zadržavanje originalnih, odličnih performansi premaza-upijanja valova.
3. Utjecaj laserskog jetkanja na hidrofobna i mikrovalna{1}}apsorbirajuća svojstva premaza
Periodične mikrostrukture u obliku -i saća{1}} nalik na saće su precizno izrađene na površini premaza pomoću UV pikosekundne laserske mašine za označavanje. Karakterizacija putem SEM i 3D mikroskopije potvrdila je da lasersko graviranje može precizno konstruirati dizajnirane mikrostrukture; urezane izbočine su bile ujednačene visine, a periodične strukture su ostale netaknute. Testovi vlaženja su otkrili da je ugao kontakta vodom netaknute površine premaza bio samo 71,5 stepeni, dok je ugao kontakta sa vodom na površini uzorka A1 dostigao 151,2 stepena nakon struktura nalik laserskom nagrizanju stuba-, pokazujući odličnu superhidrofobnost. Analiza strukturalnih parametara pokazala je da strukture nalik stubovima{10}} nude superiornu hidrofobnost u poređenju sa strukturama nalik saću{11}}; stabilno Cassie stanje-i time pouzdana superhidrofobnost-mogla bi se postići kada je d/c omjer bio ispod 0,15, a visina je bila u rasponu od 100-180 μm. Primjetno je da je utjecaj laserskog graviranja na performanse upijanja mikrovalnih{18}}bio zanemarljiv. Sa izuzetkom uzorka B4, koji je pokazao značajno odstupanje zbog prekomjernog-nagrizanja, svi ostali uzorci su zadržali dobra svojstva apsorpcije mikrovalne{22}}. Efektivni apsorpcioni opseg (EAB) uzoraka A4 i B4 dostigao je 5,2 GHz i 5,3 GHz, respektivno, nadmašujući ostale prijavljene premaze koje apsorbuju mikrotalasne{28}}prevlake debljine ispod 1,5 mm. Ovo pokazuje da lasersko nagrizanje omogućava efikasnu i preciznu proizvodnju hidrofobnih mikrostruktura uz očuvanje performansi upijanja mikrovalova{31}}.
Ova studija je razvila jednostavnu i kontrolnu strategiju koja koristi UV pikosekundno lasersko jetkanje za preciznu proizvodnju periodičnih mikrostruktura na površini poliuretanskih premaza ojačanih CNT/CIP{0}}, čime se postiže sinergistička optimizacija površinske hidrofobnosti i performansi mikrovalne apsorpcije. Ključni nalazi su sljedeći: (1) Laser-ugravirane stupaste mikrostrukture povećale su ugao kontakta s vodom sa 71,5 stepeni na 151,2 stepena, omogućavajući superhidrofobnost bez potrebe za dodatnom fluoracijom; (2) Na debljini od 1,3 mm, premaz optimizovane mikrostrukture postigao je efektivni apsorpcioni opseg (EAB) od 5,3 GHz-najširi zabilježen za ovu debljinu- dok je u potpunosti zadržao svoju intrinzičnu sposobnost mikrotalasne apsorpcije; (3) Ovu strategiju karakteriše njena svestranost, nezavisnost od materijala i visoka preciznost, nudeći obećavajuće izglede za nadogradnju postojećih mikrotalasnih apsorpcionih sistema i proizvodnju multifunkcionalnih integrisanih uređaja za-visoku vlažnost i korozivna okruženja. Buduća istraživanja bi mogla dalje istražiti optimizaciju parametara laserskog jetkanja za različite sisteme punila koji apsorbiraju mikrovalne{14}}i proširiti primjenu tehnologije na multifunkcionalne integrirane premaze za pametnu stealth i elektromagnetnu zaštitu.
