この研究では、UV ピコ秒レーザー エッチング技術を利用して、カーボン ナノチューブ/カルボニル鉄粉 (CNT/CIP) 複合マイクロ波吸収コーティングの表面に周期的な微細構造を作製し、超疎水性とマイクロ波吸収性能の相乗的な最適化を達成しました。{0}柱状微細構造のレーザーエッチングにより、コーティングの水接触角が 71.5 度から 151.2 度に増加し、厚さ 1.3 mm で 5.3 GHz の有効吸収帯域幅 (EAB) が得られ、マイクロ波-吸収コーティングの環境適応性を高めるための多用途かつ効率的な技術戦略が提供されました。
マイクロ波吸収コーティングは、レーダー信号の抑制、通信干渉の防止、電磁汚染の軽減に不可欠な役割を果たしており、航空宇宙分野や防衛分野で広く応用されています。{0}これらのコーティングの環境適応性は、マイクロ波吸収性能の長期安定性にとって極めて重要であり、エンジニアリング用途を制限する重要なボトルネックとなっています。{2}優れたマイクロ波吸収と耐候性のバランスを達成することは、依然としてこの分野における重要な課題です。最近の研究は主に、従来の強磁性剤を物理化学的安定性の高い材料で部分的に置き換えたり、コーティングの全体的な耐候性を高めるために疎水性の表面を作成したりするなど、マイクロ波{6}}吸収剤を環境条件に適応させる-ことに焦点を当てています。-しかし、従来の方法では、マイクロ波の吸収と疎水性を同時に最適化するのに苦労することが多く、複雑な処理と高コストに関する問題にも直面しています。これに対処するために、本研究では、UV ピコ秒レーザー エッチングを革新的に利用して、CNT/CIP 複合マイクロ波吸収コーティングの表面に周期的微細構造を正確に作製し、それによって超疎水性とマイクロ波吸収性能の両方を相乗的に強化することを達成しました。-
1. マイクロ波-吸収剤と複合コーティングの電磁特性の特性評価
この研究では、らせん状形態を持つヘテロ構造カーボン ナノチューブ (CNT) を溶融塩法を使用して CO2 から調製し、複合マイクロ波吸収コーティングの製造においてカルボニル鉄粉 (CIP) を部分的に置き換えるために使用しました。-。 CNT を組み込むと、フィラー含有量が減少するだけでなく、ナノチューブ固有の強磁性による磁気損失能力も維持されます。さらに、連続的な導電ネットワークの形成、豊富な界面分極、らせん構造によって誘発される複数の電磁波散乱が総合的に誘電特性を最適化し、それにより、純粋な CIP の高い誘電率によって通常引き起こされるインピーダンス不整合の問題が軽減されます。電磁パラメータ測定により、CNT/CIP 複合コーティングがバランスの取れた誘電特性と磁気特性を示し、効果的なインピーダンス整合と電磁波減衰が促進されることが実証されました。厚さ 1.3 mm で、コーティングは 4.12 GHz の実効吸収帯域幅 (EAB) と -15.1 dB の最小反射損失 (RLₘᵢₙ) を達成し、優れたマイクロ波吸収性能を実証しました。
2. 微細構造の電磁シミュレーション設計
コーティング性能に対する微細構造の影響を調査するために、この研究では CST Studio Suite ソフトウェアを使用して、柱状とハニカムの 2 種類の周期的微細構造について電磁シミュレーションを実行しました。この結果は、エッチングの深さがコーティングの反射率に大きく影響するのに対し、微細構造の横方向の寸法（柱の半径や間隔など）が波吸収性能に与える影響は比較的小さいことを示しています。-。これは、微細構造の寸法が 2 ～ 18 GHz の周波数範囲の電磁波長よりもはるかに小さいため、強い干渉効果の形成が妨げられるためです。シミュレーション結果は、エッチング深さを増やすと、帯域幅自体を大きく変えることなく、吸収ピークと有効吸収帯域幅 (EAB) の両方がより高い周波数にシフトすることを示しています。これらの発見は、実際のエッチングプロセスパラメータを最適化するための重要な指針を提供します。エッチング深さを適切に制御することで、コーティング本来の優れた電波吸収性能を維持しながら、超疎水性特性を達成することが可能です。-。
3. コーティングの疎水性およびマイクロ波吸収特性に対するレーザー エッチングの影響-
UV ピコ秒レーザー マーキング機を使用して、周期的な柱-やハニカム-のような微細構造をコーティング表面に正確に作製しました。 SEM と 3D 顕微鏡による特性評価により、レーザー エッチングが設計された微細構造を正確に構築できることが確認されました。エッチングされた突起は均一な高さを示し、周期構造はそのまま残りました。湿潤性試験の結果、元のコーティング表面の水接触角はわずか 71.5 度であったのに対し、柱状構造をレーザーエッチングした後のサンプル A1 の表面の水接触角は 151.2 度に達し、優れた超疎水性を実証しました。構造パラメータの分析により、柱-様の構造は蜂の巣-様の構造と比較して優れた疎水性を示すことがわかりました。 d/c 比が 0.15 未満で、高さが 100～180 μm の範囲内にある場合、安定したキャシー状態-と信頼性の高い超疎水性-が達成できます。特に、レーザーエッチングがマイクロ波吸収性能に与える影響はごくわずかでした。-オーバーエッチングによる大きな偏差を示したサンプル B4 を除いて、他のすべてのサンプルは良好なマイクロ波吸収特性を維持していました。-サンプル A4 と B4 の実効吸収帯域幅 (EAB) はそれぞれ 5.2 GHz と 5.3 GHz に達し、厚さ 1.5 mm 未満の他の報告されたマイクロ波吸収コーティングよりも優れた性能を発揮しました。これは、レーザー エッチングにより、マイクロ波吸収性能を維持しながら疎水性微細構造を効率的かつ正確に製造できることを示しています。{31}}
この研究では、UV ピコ秒レーザー エッチングを利用したシンプルで制御可能な戦略を開発し、CNT/CIP 強化ポリウレタン コーティングの表面に周期的な微細構造を正確に作製しました。これにより、表面の疎水性とマイクロ波吸収性能の相乗的な最適化が達成されました。{0}主な発見は次のとおりです。(1) レーザー-でエッチングされた柱状微細構造により、水接触角が 71.5 度から 151.2 度に増加し、追加のフッ素化を必要とせずに超疎水性が可能になりました。 (2) 最適化された微細構造コーティングは、厚さ 1.3 mm で、その固有のマイクロ波吸収能力を完全に維持しながら、5.3 GHz の実効吸収帯域幅 (EAB) を達成しました-この厚さでは報告されている中で最も広い-。 (3) この戦略は、多用途性、材料独立性、高精度を特徴としており、既存のマイクロ波吸収システムをアップグレードし、高湿度、腐食性環境用の多機能集積デバイスを製造する有望な見通しを提供する。今後の研究では、さまざまなマイクロ波吸収フィラー システムのレーザー エッチング パラメータの最適化がさらに検討され、スマート ステルス性と電磁保護のための多機能統合コーティングへの技術の適用が拡大される可能性があります。{14}}
