Forschende der University of British Columbia (UBC) in Okanagan und der Drexel University haben eine interessante Entwicklung im Bereich der 3D-Drucktechnologie gemacht. Sie haben ein neues Compound entwickelt, das es ermöglicht, Telekommunikationsantennen und andere Konnektivitätsgeräte mittels 3D-Druck zu produzieren. Dieses neue Material kombiniert MXene, eine zweidimensionale Verbindung, mit einem Polymer, wodurch eine effektive Alternative zu herkömmlichen metallischen Komponenten geboten wird, wie es in einer Pressemitteilung der UBC heißt. Diese Neuerung hat das Potenzial, die Herstellung und Leistung von Kommunikationstechnologien erheblich zu verbessern, einschließlich Antennen, Wellenleitern und Filtern.
Die Forschungen wurden in „Science Direct“ veröffentlicht unter dem Titel „MXene guides microwaves through 3D polymeric structures„.
Anwendungsbereiche und Vorteile
Die Forschung, die im OMEGA-Labor der UBC Okanagan School of Engineering unter der Leitung von Dr. Mohammad Zarifi durchgeführt wurde, konzentriert sich auf die Entwicklung von Kommunikationskomponenten, die nicht nur leichter und kostengünstiger als ihre metallischen Pendants sind, sondern auch eine vergleichbare Leistung bieten. Dr. Zarifi und sein Team haben gezeigt, dass diese neuen Komponenten 10 bis 20 Mal leichter und einfacher herzustellen sind, was sie besonders für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Satellitenindustrie attraktiv macht.
Die Rolle von MXenes im 3D-Druck
MXenes, eine Familie von zweidimensionalen Materialien, die sich durch ihre hohe elektrische Leitfähigkeit auszeichnen, spielen eine zentrale Rolle in dieser Entwicklung. Dr. Yury Gogotsi vom A.J. Drexel Nanomaterials Institute erläutert, dass MXenes sich wie nanometerdünne, leitfähige Flocken verhalten, die in Wasser dispergiert und auf nahezu jede Oberfläche aufgetragen werden können. Nach dem Trocknen an der Luft machen sie polymere Oberflächen leitfähig, was einer Metallisierung bei Raumtemperatur gleichkommt, ohne dass Metall geschmolzen oder verdampft werden muss.
Omid Niksan, Doktorand an der UBC Okanagan School of Engineering und Erstautor der Studie, hebt hervor, dass die Integration von MXenes auf 3D-gedruckten, nylonbasierten Teilen die Effizienz bei der Leitung von Mikrowellen zu Frequenzbändern verbessert. Diese Fähigkeit, in einem leichten, additiv gefertigten Bauteil, könnte die Gestaltung und Herstellung elektronischer Kommunikationsgeräte revolutionieren.
Die Forschenden haben ein vorläufiges Patent für die polymerbasierten, mit MXene beschichteten Kommunikationskomponenten angemeldet und planen weitere Forschungen, um die Möglichkeiten von 3D-gedruckten Antennen und Kommunikationsgeräten im Weltraum zu erkunden. Die Reduzierung der Nutzlast von Shuttles bietet Ingenieuren neue Optionen und könnte die Zukunft der Kommunikationstechnologie maßgeblich beeinflussen.
Diese Forschung wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des A.J. Drexel Nanomaterials Institute durchgeführt und von der Abteilung für Nationale Verteidigung, dem Natural Sciences and Engineering Research Council sowie der National Science Foundation der Vereinigten Staaten unterstützt.