UBCオカナガンの研究者が宇宙衛星の通信方法を変える新しい化合物を開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-3-4 16:57 に最後に編集されました

南極クマの紹介:ポリマー付加製造にはコストと重量に関連した利点がありますが、この材料は通常、高い導電性などの特定の性能要件を満たすことができません。航空宇宙技術、特に現代の通信システムでは、高い電気伝導性が不可欠であり、ポリマー付加製造の使用は特定の用途分野に限定されています。

△MXeneコーティングされたポリマー部品は、金属3Dプリント部品を置き換えることができ、スペースやさまざまな地上用途の重量とコストを大幅に削減できます。
2024年3月4日、アンタークティックベアは、ブリティッシュコロンビア大学オカナガン工学部の研究者がドレクセル大学と共同で軽量複合材料を開発したことを知りました。 MXenesと呼ばれる2次元化合物の一種をポリマーと組み合わせることで、金属化合物の代替品として使用でき、アンテナ、導波管、フィルターなどのコンポーネントを含む通信技術を大幅に改善できる可能性があります。

△コミュニケーション図
導電性ポリマーが金属部品に取って代わる

ブリティッシュコロンビア大学オカナガンマイクロエレクトロニクスおよびギガヘルツ応用研究所（OMEGA）の研究者であるモハマド・ザリフィ博士は、導波管はどこにでもあるが、ほとんどの人はそれが何であるかを知らないと語った。導波管は、通信機器や電子レンジなどの家電製品内で音波や光波を導く構造または導管です。導波管にはさまざまなサイズがありますが、一般的には導電性のある金属で作られています。

この目的のために、ザリフィ博士とオメガのチームはポリマーを導電性にする方法を開発しました。これらのコンポーネントは金属と互換性のある特性を持ちながら、10～20倍軽く、安価で、製造も簡単です。

△この研究は、Materials Today誌の最新号に「MXeneが3Dポリマー構造を通してマイクロ波を導く」というタイトルで掲載されました（ポータル）
工学部准教授のザリフィ博士は次のように説明しています。「テクノロジーの進化する世界において、導波管は私たちが毎日使用する機器の基盤となっていますが、現在、変革が起こっています。電子レンジの馴染みのある音から衛星通信の広範囲にわたる範囲まで、あらゆるものを可能にするこれらの部品は、伝統的に銀、真鍮、銅などの金属で作られてきました。」

フィラデルフィアのドレクセル大学 A.J. ドレクセルナノマテリアル研究所所長のユーリーゴゴツィ博士は、MXene は二次元材料の新興ファミリーであり、電気伝導性の点では炭化チタン MXene が最先端であると説明しました。

「 MXenes は粘土のように水中に分散できるナノレベルの導電性薄片だと考えてください」とゴゴツィ博士は言います。「空気中で乾燥させると、ポリマー表面が導電性になります。金属を溶かしたり蒸発させたりすることなく、真空や温度も必要としない、室温での金属化のようなものです。」

△オミッド・ニクサン博士は、アンテナ、導波管、フィルターの金属部品の代替品として使用できる、3D プリントされた MXene コーティング部品のプロトタイプを持っています。3D プリントされたナイロン部品に MXene を統合すると、チャネルのような構造が可能になり、マイクロ波をより効率的に周波数帯域に導くことができます。 UBCO工学部の博士課程の学生であり、この論文の主執筆者であるオミッド・ニクサン氏は、この軽量の積層造形部品を作成する能力は、航空宇宙産業や衛星産業の電子通信機器の設計と製造に影響を与える可能性があると説明した。

同氏はさらに次のように付け加えた。「宇宙ベースの通信機器やMRI装置などの医療用画像機器のいずれにおいても、これらの軽量MXeneコーティングポリマー構造は、チャネル構造を作成するための金属加工などの従来の製造方法に取って代わる可能性があります。」

研究者らは、ポリマーベースのMXeneコーティング通信部品の暫定特許を保有している。ザリフィ博士は次のように述べました。「さらなる研究が必要ですが、この革新的な素材の可能性に私たちは興奮しています。私たちの目標は、宇宙での 3D プリントアンテナと通信機器の可能性を探求し、開発することです。シャトル輸送機の積載量を減らすことで、エンジニアにより多くの選択肢を提供します。」

この研究は、ドレクセル大学A.J.ドレクセルナノマテリアル研究所の科学者らと共同で行われ、国防総省、自然科学・工学研究会議、国立科学財団の支援を受けた。

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