На 81% міцніший: армований бамбуком пластик обіцяє броньовані смартфони

Китайські дослідники з Анхойського сільгоспінституту створили армований бамбуком пластик, на 81% міцніший за попередні аналоги, що блокує електромагнітні перешкоди.

Зазначається, що новий матеріал на 173% стійкіший до зносу й може використовуватись для захисту електронних пристроїв від шкідливих електромагнітних хвиль. Розробники зазначають, що новий композитний матеріал поглинає більшість випромінюваних хвиль й зменшує вторинні перешкоди.

Для створення цього матеріалу дослідники використали бамбукове біовугілля, багате на вуглець. Його отримують внаслідок піролізу — нагріваючи бамбук у середовищі з низьким вмістом кисню.

За словами дослідників, цей пластик значно покращить захист смартфонів, ноутбуків та інших електронних гаджетів від електромагнітних перешкод. Електромагнітні перешкоди зазвичай порушують роботу зв’язку та більшості електричних приладів. Традиційні провідні матеріали з функцією екранування часто відбивають вхідні хвилі, однак самі створюють перешкоди.

Науковці підкреслюють, що біовугілля може виступати відновлюваною альтернативою стандартним провідним наповнювачам. Однак низька провідність та погана сумісність з пластиком можуть обмежувати його функціональність.

Спочатку дослідники нагріли бамбуковий порошок у середовищі з азотом для отримання біовугілля. Потім вони застосували метод миттєвого джоулевого нагрівання (також відомого як омічне або резистивне нагрівання), що передбачає використання короткочасного імпульсу електричної енергії для модифікації вуглецевої структури.

Частинки обробили хімічною речовиною APTES аби покращити зчеплення між пластиком та бамбуком. Модифіковане біовугілля розмістили між шарами двох біорозкладаних полімерів — полілактиду (PLA) та полібутиленадипат-терефталату (PBAT), створивши канали, здатні поглинати та послаблювати електромагнітні хвилі. 

У межах дослідження науковці порівняли зразки пластику, що містили необроблене, швидко нагріте та хімічно модифіковане біовугілля, з варіантом без шаруватої структури. Результати лабораторних досліджень продемонстрували, що оптимізований композит досяг міцності на розрив 25,5 МПа. Його міцність збільшилась на 81%. 

Водночас стійкість матеріалу до деформації збільшилась на 173%, досягши 2,68 МДж/м³, а здатність до розтягування перед розривом зросла більш ніж вдвічі, збільшившись з 11,5% до 24,7%. Дослідники також значно покращили провідність матеріалу, збільшивши її до 12,8 См/см порівняно з 1,7 См/см у варіанта з необробленим біовугіллям. 

Подальші випробування показали, що матеріал блокує електромагнітні перешкоди у середньому на 36,7 дБ на частотах від 8,2 до 12,4 ГГц. Композит без шаруватої структури з тією ж кількістю наповнювача продемонстрував лише 7,5 дБ. 

Більша частина екранування забезпечувалась внаслідок поглинання електромагнітних хвиль 30,8 дБ, тоді як відбиття складало усього 5,9 дБ. На думку дослідників, вуглецева сітка та шари розсіювали електромагнітні хвилі у матеріалі. 

Результати дослідження опубліковані в журналі Sustainable Carbon Materials

Джерело: Interesting Engineering