Учёные создали плёнку тоньше человеческого волоса с двумя почти фантастическими свойствами

Тоньше волоса, но сравнима по прочности со сталью

Разработку представила исследовательская группа под руководством доктора Тэхуна Кима из Корейского института материаловедения (KIMS), работавшая совместно со специалистами Корейского института науки и технологий (KIST).

Учёным удалось совместить в одном материале сразу несколько свойств: защиту от электромагнитных помех, снижение инфракрасной заметности и высокую механическую прочность.

Несмотря на толщину всего 17,5 микрометра, эффективность электромагнитного экранирования плёнки достигает примерно 90 децибел. По данным исследователей, материал способен блокировать более 99,9999999% падающих электромагнитных волн в диапазонах частот, используемых в связи и радиолокации.

При этом прочность материала на растяжение достигла 1,02 гигапаскаля. По оценке разработчиков, по этому показателю плёнка сопоставима с высокопрочной сталью.

Учёные использовали принцип кирпичной стены

Основой разработки стали волокна из углеродных нанотрубок и двумерный материал MXene.

Чтобы объединить их преимущества, исследователи использовали структуру, напоминающую кирпичную кладку. Углеродные нанотрубки выполняют роль своеобразных «кирпичей», а MXene заполняет пространство между ними подобно цементному раствору.

Такая конструкция препятствует скольжению отдельных волокон относительно друг друга и тем самым увеличивает механическую прочность материала.

Одновременно внутри плёнки образуются непрерывные проводящие пути, благодаря которым значительно повышается эффективность защиты от электромагнитных помех.

Материал способен «прятать» тепло

Однако блокировкой электромагнитных волн возможности разработки не ограничиваются.

Покрытие из MXene уменьшает инфракрасное излучение поверхности. В результате объект становится менее заметным для инфракрасных систем обнаружения, в том числе тепловизионных камер.

Именно сочетание этих характеристик отличает новый материал от многих существующих средств защиты. Традиционные металлические экраны могут эффективно противостоять электромагнитным помехам, однако они сравнительно тяжёлые, подвержены коррозии и имеют ограничения по гибкости.

Углеродные нанотрубки значительно легче и обладают высокой прочностью, но сами по себе имеют сравнительно высокую инфракрасную излучательную способность. MXene, напротив, хорошо подходит для снижения инфракрасной заметности, однако уступает по механической прочности и долговечности.

Объединив два материала, исследователи попытались компенсировать недостатки каждого из них.

Плёнку испытывали в сложных условиях

Разработчики также проверили, насколько устойчив новый материал к внешнему воздействию.

Плёнка сохраняла свои свойства в условиях повышенной температуры и влажности, а также после многократной механической деформации. По этим параметрам она продемонстрировала большую стабильность по сравнению с обычными плёнками на основе MXene.

Ещё одним преимуществом технологии стала возможность непрерывного производства материала. В перспективе это может позволить выпускать плёнку большой площади.

Где может использоваться разработка

Одним из возможных направлений применения новой технологии исследователи называют авиационную и космическую отрасли.

Материал потенциально может использоваться для защиты электронного оборудования самолётов и космических аппаратов от электромагнитных помех. Благодаря способности снижать инфракрасную заметность разработка также представляет интерес для оборонной промышленности — в частности, при создании беспилотников и другой техники.

Однако сфера применения не ограничивается военными технологиями.

Тонкую и гибкую плёнку рассматривают как перспективный материал для защиты оборудования связи 5G и 6G от электромагнитных помех. Кроме того, её свойства могут оказаться востребованы при создании носимой электроники, а также складных и гибких электронных устройств.

Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Advanced Composites and Hybrid Materials. Авторы рассчитывают, что сочетание минимальной толщины, гибкости, высокой прочности, электромагнитного экранирования и снижения инфракрасной заметности позволит использовать материал сразу в нескольких высокотехнологичных отраслях.