В Южной Корее изобрели эластичный материал, который поглощает, контролирует и экранирует ЭМ-волны, просто наносив жидкометаллическую чернилу принтером или кистью

Корреспондент Пак Хе Рим

- Жидкометаллические чернила сохраняют электропроводность даже при растяжении до 12 раз от первоначальной длины

- Разработано исследовательской группой под руководством профессоров Ким Хён Су и Пак Сан Ху

- Ожидаемое применение в носимых устройствах и технологиях стелс

Ли Хён Сын (верхний ряд, слева), аспирант KAIST; Чхве Вон Хо, профессор KAIST; Ким Хён Су (второй ряд, слева), профессор KAIST; Пак Сан Ху, профессор KAIST; (вверху) Пхён Чжон Су, первый автор и доктор KAIST [Предоставлено KAIST]

16 декабря Корейский институт передовых технологий (KAIST) сообщил, что исследовательская группа под руководством профессоров Ким Хён Су из факультета машиностроения и Пак Сан Ху из факультета ядерной и квантовой инженерии разработала основополагающую технологию для создания эластичных средств маскировки. Эта технология, основанная на жидкометаллическом композитном черниле (LMCP), может поглощать, контролировать и экранировать электромагнитные волны.

Маскировка делает объект невидимым для средств обнаружения, такого как радар или датчики, даже если он присутствует. Для маскировки необходимо уметь свободно контролировать свет или радиоволны на поверхности объекта. Однако существующие металлические материалы являются жесткими и негибкими, а также легко ломаются при сильном растяжении. Это создавало значительные проблемы для применения в электронных устройствах, облегающих тело, или роботах, которые свободно меняют форму.

Разработанные исследовательской группой чернила из жидкого металла сохраняют электрическую проводимость даже при растяжении до 12 раз (1200%) от первоначальной длины. Они также продемонстрировали высокую стабильность, практически не подвергаясь коррозии и не теряя своих свойств даже после почти годичного пребывания на воздухе. В отличие от обычных металлов, эти чернила остаются мягкими, как резина, сохраняя при этом функциональные свойства металла.

Эти свойства возможны благодаря тому, что в процессе высыхания частицы жидкого металла в чернилах соединяются друг с другом, самоорганизуясь в сетчатую металлическую структуру. Эта структура является «метаматериалом» — искусственной структурой, созданной путем печати очень мелких, повторяющихся узоров с использованием чернил, что приводит к взаимодействию электромагнитных волн со структурой заданным образом. В результате получается материал, который одновременно гибок, как жидкость, и прочен, как металл.

Статья профессора Ким Хён Су из кафедры машиностроения и профессора Пак Сан Ху из кафедры ядерной и квантовой инженерии, представленная на обложке октябрьского номера международного журнала «Small» [Предоставлено KAIST]

Метод производства также прост. В нем не требуются сложных процессов, таких как высокотемпературный обжиг или лазерная обработка – нужно лишь нанести чернил с помощью принтера или кисти, а затем сушить. Кроме того, это позволяет избежать разводов и трещин, которые часто возникают при высыхании жидкостей, и создавать гладкие, однородные узоры из металла.

Чтобы продемонстрировать возможности этой чернилы, исследовательская группа создала первый в мире «поглотитель из эластичного метаматериала», свойства поглощения радиоволн которого меняются в зависимости от степени растяжения.

Простое нанесение рисунка чернилами и растягивание его, как резинки, меняет тип поглощаемых радиоволн (частотный диапазон). Это демонстрирует потенциал для разработки средств маскировки, которая может лучше скрывать объекты от радаров или сигналов связи в зависимости от ситуации.

Сравнение свойств чернил LMCP, их печатных характеристик, механических и электрических свойств, а также универсальности подложки. (a) Сравнение поверхностного натяжения, вязкости, смачиваемости и требований к последующей обработке между традиционными чернилами на основе жидкого металла и чернилами LMCP, разработанными в рамках данного исследования. Чернила LMCP демонстрируют преимущество, заключающееся в отсутствии необходимости в последующей обработке при сохранении относительно высокой вязкости и отличной смачиваемости. (Правая радиальная диаграмма: качественное сравнение ключевых показателей эффективности, включая электропроводность, поверхностное натяжение, вязкость, смачиваемость и требования к последующей обработке). (b) Различные методы печати, основанные на характеристиках самосвязывания чернил LMCP: прямая печать с помощью сопла (прямая запись), нанесение кистью, формирование узоров с помощью трафарета и ракеля, а также изготовление электродов большой площади с помощью метода печати «с рулона на рулон». (c) Эластичность и электрическая стабильность электродов LMCP. Результаты измерения изменений в сопротивлениях при растяжении образцов от 0% до 1200% и подтверждение стабильной работы даже при деформации от 0% до 500% в ходе экспериментов по управлению светодиодами 3 В. (d) Примеры различных узоров и устройств, изготовленных с использованием чернил LMCP. Продемонстрированы применимые структуры, включая равномерное покрытие большой площади, сетчатые узоры, металлические дорожки без трещин, светодиодные цепи, работающие под натяжением, и эластичные спиральные электроды (e) Примеры, демонстрирующие стабильность печати чернилами LMCP на различных подложках (SIR, NBR, PVC, PET, WPU, PDMS, латекс), с отличной воспроизводимостью рисунка и адгезией независимо от типа подложки [Предоставлено KAIST]

Эта технология считается революционной в области электронных материалов, которая одновременно обеспечивает растяжимость, проводимость, долгосрочную стабильность, простоту процесса производства и возможности управления электромагнитными волнами.

«Теперь мы можем реализовать функциональности электромагнитного характера исключительно с помощью процесса печати, без сложного оборудования» - сказал профессор Ким Хён Су, добавив: «Ожидается, что данная технология будет использоваться в различных приложениях, таких как кожа роботов, носимые устройства, прикрепляемые к телу, и технология радиолокационной невидимости в оборонном секторе».

Это исследование, признанное ключевой и основополагающей технологией в области электронных материалов следующего поколения, было опубликовано 16 октября в октябрьском номере международного научного журнала Wiley «Small» и удостоилось чести быть представленным на обложке.

rim@heraldcorp.com

#южнаякорея #корея #политика #экономика #промышленность #технология #маскировка #экранирование #бизнес #финансы #медицина #образование #принтер #рэб #общество #культура #искусство #азия