Een van de cruciale onderdelen van communicatiesatellieten is de golfgeleider, een metalen buis die gebruikt wordt om radiogolven te geleiden. Echter, golfgeleiders behoren ook tot de zwaarste ladingen die satellieten in een baan om de aarde dragen. Met het oog op gewichtsvermindering, zijn wetenschappers van Drexel University en de University of British Columbia een onderzoek gestart om een golfgeleider te ontwikkelen en testen die gemaakt is van 3D-geprinte polymeren met een geleidend nanomateriaal genaamd MXene.
In hun recente publicatie in Materials Today beschreef het team van wetenschappers het potentiële gebruik van MXene-coatings om lichtgewicht, niet-metalen elementen geleidende eigenschappen te geven die verloren gaan in het additieve productieproces met polymeren zoals kunststoffen. MXene is een extreem dun materiaal, slechts enkele atomen dik, waardoor het een van de dunste beschikbare geleidende coatings is. De onderzoekers zien aanzienlijk potentieel in het gebruik van MXene-coatings om geleidbaarheid toe te voegen aan houten componenten, die moeilijk te vervaardigen zijn met complexe vormen met behulp van metaal.
Golfgeleiders functioneren als kanalen voor het dragen van microgolven, waarbij de golven naar ontvangers worden gestuurd terwijl het signaalvermogen behouden blijft. In magnetrons zorgen golfgeleiders voor verwarming, terwijl ze op satellieten hoogwaardige signalen verzenden tussen verschillende objecten binnen en tussen satellieten, evenals tussen satellieten en de aarde.
Golfgeleiders hebben verschillende vormen, speciaal aangepast aan beperkte ruimte. Ze kunnen eenvoudige rechthoekige kanalen zijn of complexere structuren. Additieve productiemethoden maken het mogelijk om meer gecompliceerde vormen te creëren die moeilijk te produceren zijn met metaal.
Op dit moment kunnen holle buizen worden gebruikt als basis “golfgeleiders”, maar degenen die elektromagnetische golven doorgeven, zoals in magnetrons en telecommunicatieapparaten, moeten gemaakt zijn van geleidend materiaal om de kwaliteit van de signaaloverdracht te behouden. Deze golfgeleiders zijn doorgaans gemaakt van metalen zoals zilver, messing en koper. In het geval van satellieten wordt aluminium gekozen vanwege de lichtgewicht eigenschappen.
MXene-gecoate golfgeleiders wegen ongeveer acht keer minder dan standaard aluminium golfgeleiders, waarbij het toevoegen van de MXene-coating het gewicht slechts met een tiende van een gram verhoogt. Het belangrijkste is dat MXene-gecoate golfgeleiders bijna net zo goed presteren als aluminium golfgeleiders, met een transmissie-efficiëntie van 81% na één coatingcyclus en een prestatiedaling van slechts 2,3% in vergelijking met aluminium. De onderzoekers hebben aangetoond dat ze deze transmissiemaatregel kunnen verbeteren door de coatinglagen of de grootte van de MXene-vlokken te variëren, waardoor een maximale transmissie-efficiëntie van 95% wordt bereikt.
Samengevat geven de onderzoeksresultaten aan dat MXene-gecoate golfgeleiders een efficiënt en lichtgewicht alternatief kunnen bieden voor golfgeleiders die in de ruimtetechnologie worden gebruikt. Naast toepassingen in de luchtvaartindustrie geloven onderzoekers dat MXene-coatings ook gebruikt kunnen worden in verschillende polymeercomponenten zowel op aarde als in de ruimte. Echter, verdere tests en het verkrijgen van de juiste certificeringen zijn noodzakelijk voordat MXene-coatings op satellieten kunnen worden toegepast.
Veelgestelde vragen:
The source of the article is from the blog lisboatv.pt