توصيفگر ها :
فاز مكس كروم , نانوصفحات مكسين , نانوالياف , پوشش دهي , محافظت در برابر امواج الكترومغناطيس
چكيده فارسي :
با گسترش فناوريهاي الكترونيكي، آلودگي امواج الكترومغناطيس به يك چالش مهم تبديل شده است و حضور اين امواج ميتواند عملكرد دستگاهها را مختل كرده و سلامت انسان را تحت تأثير قرار دهد. در اين راستا، توسعه مواد محافظتي با كارايي بالا براي جذب و تضعيف امواج الكترومغناطيس اهميت ويژهاي دارد. با هدف بررسي خواص محافظتي نسلهاي مختلف مواد محافظ شامل عناصر آلومينيوم (فلز رسانا)، كروم (فلز مغناطيسي)، گرافيت (آلوتروپ كربني) و تركيب سراميكي تيتانيوم كاربيد و در ادامه فازهاي MAX بهعنوان كاربيد، نيتريد و يا كربونيتريد فلزات واسطه و مكسين مشتقشده از آنها بر پايه كروم و تيتانيوم بهعنوان نماينده نانومواد پيشرفته مورد بررسي قرار گرفتند. ابتدا فاز Cr₂AlC با استفاده از مواد اوليه صنعتي شامل گرافيت و كربن فعال پايه سلولزي به روش فعالسازي مكانيكي-سنتز پيشرونده دما بالا توليد شد و سپس مكسين Cr₂CTₓ از آن سنتز شد. به طور مشابه، مكسينTi₃C₂Tₓ بر پايه Ti₃AlC₂ صنعتي سنتز شد. فرآيند خوردگي مكسين با كنترل پارامترهاي زمان، دما و نوع حلال بهينهسازي شد تا ساختارهاي دوبعدي پايدار با هدايت الكتريكي بالا و توانايي جذب مؤثر امواج الكترومغناطيس توليد گردد. براي ارزيابي خواص محافظتي، نانوساختارها بر بستر نانواليافي پلياكريلونيتريل لايهنشاني شدند و شرايط پوششدهي بهينه حاوي ديسپرسيون 2 درصد وزني نانوساختار و تثبيت حرارتي دولايه تعيين گرديد. در ادامه ساختار ساندويچي فاقد بيندر نانوالياف موجب تثبيت ذرات و افزايش يكنواختي توزيع آنها شد و عملكرد محافظتي قابلتوجهي فراهم آورد. نتايج حاصل از محاسبه كمي ميزان محافظت كل به كمك دستگاه تحليلگر شبكه برداري نشان داد كه از ميان چهار نسل مواد محافظ، نمونه گرافيتي توانايي محافظت نسبي حدود 6/31 دسيبل بر ميليمتر را دارا بوده و با افزايش غلظت نانوصفحات تا حداكثر مقدار قابل دستيابي معادل 30 گرم در سانتيمترمربع به 9/55 دسيبل بر ميليمتر رسيد و خاصيت الكتروگرمايي آن تحت ولتاژ 12 ولت، رسيدن به دماي حدود 62 درجه سانتيگراد را ممكن ساخت. نتايج نشان داد كه مكسين Ti₃C₂Tₓ به دليل ابعاد كوچكتر، نفوذ بالاتر در توده نانوالياف و حفظ تماس صفحات دوبعدي، عملكرد محافظتي برتري داشته و توانست محافظت كل معادل 6/29 دسيبل را ايجاد كند؛ در حاليكه نمونه حاوي مكسين Cr2CTx به دليل ابعاد بزرگتر ذرات، سطح تماس كمتر و همچنين خاصيت ذاتي مغناطيسي و رسانايي كمتر آن نسبت به ماهيت مكسين مبتني بر Ti، محافظت كل معادل 6/8 دسيبل را از خود نشان داد. با توجه به اينكه ميزان محافظت فازهاي Ti₃AlC₂ و Cr2AlC در محدوده 4 دسيبل و با تفاوت كمتر از يك دسيبل بود؛ مقايسه ميان فازهاي MAX و مكسين متناظر آنها نشان داد كه مكسينها به دليل ساختار صفحهاي دوبعدي، سطح ويژه بالاتر و نفوذ موثرتر در لايههاي نانوالياف، عملكرد محافظتي بسيار بالاتري از مواد اوليه خود نشان دادند. اين نتايج بر اهميت طراحي ساختار دوبعدي و كنترل ابعاد نانوساختارها را براي دستيابي به پوششهاي محافظتي پايدار و كارآمد تأكيد ميكند.
چكيده انگليسي :
With the rapid advancement of electronic and telecommunication technologies, electromagnetic wave pollution has emerged as a significant challenge, as the interference caused by these waves can disrupt device performance and adversely affect human health. In this context, the development of high-performance protective materials for the absorption and attenuation of electromagnetic waves is of critical importance. To investigate the shielding properties of different generations of protective materials, aluminum (a conductive metal), chromium (a magnetic metal), graphite (a carbon allotrope), and titanium carbide-based ceramic compounds, as well as Cr- and Ti-based MAX and MXene phases representing advanced nanomaterials, were systematically examined. Initially, Cr₂AlC was synthesized from industrial-grade graphite and cellulose-derived activated carbon using the MA-SHS method, and Cr₂CTₓ MXene was subsequently obtained via selective etching. Similarly, Ti₃C₂Tₓ MXene was synthesized from industrial Ti₃AlC₂. The etching process was optimized by controlling parameters such as time, temperature, and solvent type to produce stable two-dimensional structures with high electrical conductivity and efficient electromagnetic wave absorption capabilities. For protective performance evaluation, the nanostructures were deposited onto PAN nanofiber mats, with optimized coating conditions comprising a 2 wt% nanostructure dispersion and a double-layer thermal pressing procedure. Furthermore, the binder-free sandwich nanofiber structure stabilized the particles, enhanced distribution uniformity, and significantly improved shielding performance. The results indicated that among the four generations of protective materials, the optimized graphite sample exhibited a relative shielding effectiveness of approximately 2.55 dB·mm⁻¹, and its electrothermal response under 12 V allowed it to reach temperatures of around 62 °C. Comparative analysis of the corresponding MAX and MXene phases demonstrated that MXenes, due to their two-dimensional sheet-like structures, higher specific surface area, and deeper penetration into the nanofiber layers, provided markedly superior shielding performance, while the difference between Ti₃AlC₂ and Cr₂AlC remained within a reasonable range of less than 1 dB. These findings underscore the importance of two-dimensional structural design and precise control of nanostructure dimensions for achieving stable and efficient protective coatings. Additionally, Ti₃C₂Tₓ MXene exhibited enhanced protective performance due to its smaller dimensions, higher penetration into the nanofiber bulk, and maintained interlayer contact, with the optimized graphite-based sample achieving a relative shielding effectiveness of approximately 2.55 dB·mm⁻¹.