Китайски изследователи наскоро са създали нов вид пластмаса, подсилена с бамбук, която е с 81% по-здрава, 173 процента по-устойчива, и която може да се използва за защита на електронни устройства от нежелани електромагнитни вълни. Революционният материал е разработен от група учени от Селскостопанския университет в Анхуей, намиращ се в Хефей. Според екипа новият композитен материал не отразява електромагнитните вълни, а напротив – той абсорбира по-голямата част от постъпващото лъчение и намалява вторичните смущения.

За създаването на новия композитен материал екипът е използвал бамбуков биовъглен – вещество, богато на въглерод, което се получава чрез нагряване на бамбук в среда с ограничен достъп на кислород. Този процес е известен като пиролиза. Изследователите са убедени, че материалът може да предпазва смартфони, лаптопи и други електронни устройства от електромагнитни смущения.

„Чрез съчетаването на електромагнитна защита с механични характеристики в материал на базата на биовъглища, този дизайн може да насочи разработването на компоненти за електронни устройства и други приложения, които изискват устойчиво екраниране.“

заяви екипът Как бамбукът блокира вълните

Електромагнитните смущения (EMI) са нежелан шум или смущения, които нарушават работата на електрическите вериги. Обикновено те се причиняват от външен източник и се превръщат във все по-голяма грижа за производителите на електроника. Въпреки това традиционните проводими екраниращи материали често отразяват входящите вълни и създават допълнителни смущения. За да се справят с това предизвикателство, учените са се обърнали към бамбуковия биовъглен – материал, богат на въглерод, получен чрез нагряване на бамбукова биомаса при почти пълна липса на кислород.

Според докладите биовъгленът би могъл да служи като възобновяем заместител на стандартните проводими пълнители. Въпреки това ниската му проводимост и слабото свързване с пластмасите могат да ограничат неговите експлоатационни характеристики.

Първо изследователите са нагрели бамбуков прах в среда от азот, за да произведат биовъглища. След това те са приложили метод на мигновено джаулево нагряване (известен още като омично или резистивно нагряване), при който се използва кратък импулс от електрическа енергия за модифициране на въглеродната структура. След това учените са обработили частиците с APTES – химикал, който се използва за подобряване на свързването с пластмасите. След това модифицираният биовъглен беше вмъкнат между слоевете на две биоразградими пластмаси – полилактична киселина (PLA) и полибутилен адипат-ко-терефталат (PBAT), като по този начин се създадоха пътища, които могат да абсорбират и отслабят електромагнитните вълни.

По-здрава и по-издръжлива пластмаса

За целите на проучването екипът е сравнил пластмаси, съдържащи необработен, подложен на мигновено нагряване и химически модифициран биовъглен, както и версия без слоеве. Лабораторните тестове показаха, че оптимизираният композитен материал е постигнал якост на опън от 25,5 мегапаскала (MPa). Якостта му се е увеличила с 81%. В същото време неговата устойчивост на удари се е увеличила със 173% до 2,68 мегаджаула на кубичен метър, докато способността му да се разтяга преди скъсване се е удвоила, като е нараснала от 11,5 до 24,7%. Материалът също така е пропускал електричество много по-добре. Проводимостта му е достигнала 12,8 сименса на сантиметър, в сравнение с едва 1,7 при версията с необработен биовъглен.

Допълнителни тестове установиха, че материалът блокира електромагнитните смущения със средно 36,7 децибела (dB) при честоти от 8,2 до 12,4 гигахерца (GHz). От друга страна, неслоест композитен материал със същото количество пълнител постигна едва 7,5 децибела. Освен това по-голямата част от екранирането се дължеше на абсорбирането на електромагнитни вълни (30,8 dB), докато отражението съставляваше едва 5,9 dB. Учените смятат, че въглеродната мрежа и слоевете са принудили електромагнитните вълни да изминат по-големи разстояния през пластмасата.