Forschende entwickeln neue Materialkombination für den 3D-Druck von Raumfahrt-Antennen

Forschende der UBC Okanagan School of Engineering haben in Zusammenarbeit mit der Drexel University eine neue Verbindung entwickelt, die für den 3D-Druck von Telekommunikationsantennen und anderen Konnektivitätsgeräten verwendet werden kann.

Dieses neuartige Material, eine Kombination aus einem zweidimensionalen Verbundstoff namens MXene und einem Polymer, verspricht eine leistungsstarke Alternative zu metallischen Gegenstücken und könnte die Telekommunikationstechnologie revolutionieren, insbesondere in den Bereichen Antennen, Wellenleiter und Filter.

Dr. Mohammad Zarifi, ein Forscher im Microelectronics and Gigahertz Applications (OMEGA) Labor der UBC Okanagan, betonte: “In der sich ständig weiterentwickelnden Technologielandschaft machen Wellenleiter – eine Grundlage für Geräte, die wir täglich benutzen – einen Wandel durch. Vom vertrauten Brummen der Mikrowellenöfen bis hin zur enormen Reichweite der Satellitenkommunikation wurden diese integralen Komponenten traditionell aus Metallen wie Silber, Messing und Kupfer hergestellt.”

MXene, eine Familie zweidimensionaler Materialien, zeichnet sich besonders durch seine elektrische Leitfähigkeit aus.

Dr. Yury Gogotsi, Direktor des A.J. Drexel Nanomaterials Institute, beschreibt: “Stellen Sie sich MXene als nanometerdünne leitfähige Flocken vor, die in Wasser wie Ton dispergiert werden können. Es handelt sich um ein Material, das aus einer Dispersion in reinem Wasser ohne Zusatzstoffe auf fast jede Oberfläche aufgebracht werden kann. Nach dem Trocknen an der Luft kann es Polymeroberflächen leitfähig machen. Es ist wie eine Metallisierung bei Raumtemperatur, ohne dass ein Metall geschmolzen oder verdampft wird, ohne Vakuum oder Temperatur.”

Die Integration von MXene in 3D-gedruckte Nylon-Bauteile ermöglicht eine effizientere Mikrowellenleitung zu spezifischen Frequenzbändern. Omid Niksan, Doktorand an der UBC Okanagan School of Engineering und Erstautor der Studie, sieht ein großes Potenzial in der Luft- und Raumfahrt sowie der Satellitenindustrie für diese leichten, additiv gefertigten Komponenten. Sie könnten traditionelle Herstellungsverfahren, wie die Metallbearbeitung für Kanalstrukturen, ersetzen.

“Ob in weltraumgestützten Kommunikationsgeräten oder in medizinischen Bildgebungsgeräten wie MRT-Geräten, diese leichten MXen-beschichteten Polymerstrukturen haben das Potenzial, herkömmliche Fertigungsmethoden wie die Metallbearbeitung zur Herstellung von Kanalstrukturen zu ersetzen”, fügte er hinzu.

Die Forschenden haben bereits ein vorläufiges Patent für die polymerbasierten, mit MXene beschichteten Kommunikationskomponenten angemeldet. Zarifi zeigt sich optimistisch bezüglich der Zukunftsperspektiven dieser Technologie, insbesondere im Bereich der 3D-gedruckten Antennen und Kommunikationsgeräte im Weltraum.

“Wir müssen zwar noch weitere Forschungsarbeiten durchführen, aber wir sind begeistert von dem Potenzial dieses innovativen Materials”, so Zafiri. “Unser Ziel ist es, die Möglichkeiten von 3D-gedruckten Antennen und Kommunikationsgeräten im Weltraum zu erforschen und zu entwickeln. Indem wir die Nutzlast von Shuttle-Transportern reduzieren, erhalten Ingenieure mehr Möglichkeiten.”

Diese Forschungsarbeit, unterstützt durch das Department of National Defence, den Natural Sciences and Engineering Research Council und die United States National Science Foundation, wurde in der neuesten Ausgabe des Fachjournals Materials Today veröffentlicht und stellt einen signifikanten Fortschritt in der Anwendung von 3D-Drucktechnologien dar.