Материалы, которые уменьшают электромагнитные помехи между электрическими компонентами в современных электронных цепях, а также помогают самолетам, кораблям и другой военной технике избегать обнаружения радарами, полагаются на поглощение микроволн. В одном из недавних исследований было впервые показано, что железная металлоорганическая каркасная структура (MOF) обладает свойствами поглощения СВЧ-излучения.
Металлоорганические структуры представляют собой высокопористые композиционные материалы, изготовленные из органических лигандов или связывающих молекул и ионов металла или кластеров. Получаемая в результате скоординированная сеть формирует трехмерную структуру с рекордными поверхностными областями и объемами пор, что может оказаться важным для катализа, зондирования, доставки лекарственных средств и газового хранения.
«Нам впервые удалось показать, что металлоорганические каркасы (или MOF) обладают очень хорошими свойствами поглощения микроволн», – говорит Сяобо Чен, который возглавлял исследовательскую работу.
Было исследовано множество материалов из углерода во всех его формах до проводящих полимеров и различных оксидов металлов и композитов на обладание свойствами поглощения СВЧ-излучения, которые, как полагают, возникают из-за диэлектрических и магнитных потерь. Но команда исследователей из Университета Миссури в Канзас-Сити, Шанхайского института керамики, Китайского университета Три ущелья, Пекинского университета и Исследовательского института оптики, точной механики и физики в Чанчуне (КНДР) полагает, что новый механизм интерференции (помех) может работать в случае металлорганических каркасов.
Fe-MOF синтезировали из нитрата железа [Fe(NO3)3 × 6H2O], 2,3,5,6-тетраметил-1,4-бензолдикарбоновой кислоты (TMBDC) и 1,4-диазабицикло [2.2.2] октана (DABCO), смешанного в N, N-диметилформамиде (ДМФА) при комнатной температуре. Полученный коричневато-красный порошок состоит из микрометрических аморфных частиц, внутри которых ионы металлов связаны между собой лигандами TMBDC и DABCO.
Под излучением микроволн Fe-MOF показывает большое значение потерь на отражение (-54,2 дБ), что представляет эффективность поглощения в более 99,999%. Оптимальная толщина слоя составляет около 2,65 мм, выше которой более узкая область СВЧ-диапазона защищена от радиолокационного обнаружения. В отличие от других материалов, поглощающих СВЧ-излучение, наблюдения исследователей указывают на то, что электрическая, а не магнитная релаксация в материале объясняет высокие поглощающие СВЧ-излучение свойства Fe-MOF. Исследователи предполагают, что вращение полярных групп или областей внутри Fe-MOF отвечает за феноменальное поглощение микроволн. Фактически, когда микроволны отражаются от передней к задней поверхности слоя Fe-MOF, высокие уровни помех приводят к потерям на отражение и поглощению микроволн.
«Эта исследовательская работа открывает новую область для применения материалов MOF, представляя перспективный материал для поглощения микроволн», – говорит Чен.
Fe-MOF легко изготавливается в больших количествах из широкодоступных, экономически эффективных реагентов в нежёстких условиях, отмечают исследователи, и может использоваться для покрытия любых предметов, которые необходимо защитить от радиолокационного обнаружения или электромагнитных помех, посредством простых методов кистью или методом "рулон за рулоном" (способ непрерывной подачи рулонного материала для осаждения на него материалов толщиной, сравнимой с размерами атома).
