Dans cette étude, la technologie de gravure laser picoseconde UV a été utilisée pour fabriquer des microstructures périodiques à la surface de revêtements composites absorbant les micro-ondes-de nanotubes de carbone/poudre de fer carbonyle (CNT/CIP), obtenant ainsi une optimisation synergique de la superhydrophobie et des performances d'absorption des micro-ondes. La gravure laser des microstructures en colonnes a augmenté l'angle de contact avec l'eau du revêtement de 71,5 degrés à 151,2 degrés et a abouti à une bande passante d'absorption effective (EAB) de 5,3 GHz pour une épaisseur de 1,3 mm, offrant une stratégie technique polyvalente et efficace pour améliorer l'adaptabilité environnementale des revêtements absorbant les micro-ondes-.
Les revêtements absorbant les micro-ondes-jouent un rôle indispensable dans la suppression des signatures radar, la résistance aux interférences de communication et l'atténuation de la pollution électromagnétique, ce qui les rend largement applicables dans les secteurs de l'aérospatiale et de la défense. L'adaptabilité environnementale de ces revêtements est cruciale pour la stabilité à long terme de leurs performances d'absorption des micro-ondes et est devenue un goulot d'étranglement majeur limitant leur application technique. Atteindre un équilibre entre une absorption supérieure des micro-ondes et une résistance aux intempéries reste un défi crucial dans ce domaine. Des recherches récentes se sont principalement concentrées sur l'adaptation des-agents absorbant les micro-ondes aux conditions environnementales-, par exemple en remplaçant partiellement les agents ferromagnétiques traditionnels par des matériaux possédant une plus grande stabilité physicochimique-ou en créant des surfaces hydrophobes pour améliorer la résistance globale du revêtement aux intempéries. Cependant, les méthodes conventionnelles ont souvent du mal à optimiser simultanément l’absorption des micro-ondes et l’hydrophobicité, tout en étant également confrontées à des problèmes liés à un traitement complexe et à des coûts élevés. Pour résoudre ce problème, la présente étude utilise de manière innovante la gravure laser picoseconde UV pour fabriquer avec précision des microstructures périodiques à la surface des revêtements composites absorbant les micro-ondes -de CNT/CIP, obtenant ainsi une amélioration synergique de la superhydrophobicité et des performances d'absorption des micro-ondes-.
1. Caractérisation des agents absorbant les micro-ondes- et des propriétés électromagnétiques des revêtements composites
Dans cette étude, des nanotubes de carbone hétérostructurés (CNT) avec une morphologie hélicoïdale ont été préparés à partir de CO₂ en utilisant une méthode de sel fondu - et utilisés pour remplacer partiellement la poudre de fer carbonyle (CIP) dans la fabrication de revêtements composites absorbant les micro-ondes -. L'incorporation de NTC a non seulement réduit la teneur en charges, mais a également maintenu les capacités de perte magnétique dues au ferromagnétisme inhérent des nanotubes. De plus, la formation d'un réseau conducteur continu, une polarisation interfaciale abondante et une diffusion d'ondes électromagnétiques multiples induite par la structure hélicoïdale ont collectivement optimisé les propriétés diélectriques, atténuant ainsi les problèmes de désadaptation d'impédance généralement causés par la constante diélectrique élevée du CIP pur. Les mesures des paramètres électromagnétiques ont démontré que les revêtements composites CNT/CIP présentaient des propriétés diélectriques et magnétiques équilibrées, facilitant une adaptation d'impédance et une atténuation des ondes électromagnétiques efficaces. À une épaisseur de 1,3 mm, le revêtement a atteint une bande passante d'absorption efficace (EAB) de 4,12 GHz et une perte de réflexion minimale (RLₘᵢₙ) de -15,1 dB, démontrant d'excellentes performances d'absorption des micro-ondes.
2. Conception de simulation électromagnétique de microstructures
Pour étudier l'influence des microstructures sur les performances du revêtement, cette étude a utilisé le logiciel CST Studio Suite pour effectuer des simulations électromagnétiques sur deux types de microstructures périodiques : en colonnes et en nid d'abeilles. Les résultats indiquent que la profondeur de gravure affecte de manière significative la réflectivité du revêtement, tandis que les dimensions latérales des microstructures (telles que le rayon et l'espacement des piliers) ont un impact relativement mineur sur les performances d'absorption des ondes. En effet, les dimensions de la microstructure sont bien inférieures aux longueurs d'onde électromagnétiques dans la plage de fréquences de 2 à 18 GHz, ce qui empêche la formation de forts effets d'interférence. Les résultats de simulation montrent que l’augmentation de la profondeur de gravure déplace à la fois le pic d’absorption et la bande passante d’absorption effective (EAB) vers des fréquences plus élevées sans modifier de manière significative la bande passante elle-même. Ces résultats fournissent des indications importantes pour optimiser les paramètres pratiques du processus de gravure : en contrôlant de manière appropriée la profondeur de gravure, il est possible d'obtenir des propriétés superhydrophobes tout en conservant les excellentes performances d'absorption des ondes d'origine du revêtement.
3. Effet de la gravure laser sur les propriétés hydrophobes et absorbantes des micro-ondes du revêtement
Des microstructures périodiques en forme de pilier-et en nid d'abeille-ont été fabriquées avec précision sur la surface du revêtement à l'aide d'une machine de marquage laser UV picoseconde. La caractérisation via SEM et microscopie 3D a confirmé que la gravure laser pouvait construire avec précision les microstructures conçues ; les saillies gravées présentaient des hauteurs uniformes et les structures périodiques restaient intactes. Les tests de mouillabilité ont révélé que l'angle de contact avec l'eau de la surface du revêtement vierge n'était que de 71,5 degrés, alors que l'angle de contact avec l'eau sur la surface de l'échantillon A1 atteignait 151,2 degrés après la gravure au laser de structures de type pilier-, démontrant une excellente superhydrophobie. L'analyse des paramètres structurels a indiqué que les structures de type pilier-offraient une hydrophobie supérieure par rapport aux structures de type nid d'abeille- ; un état de Cassie stable -et donc une superhydrophobicité fiable- pourrait être atteint lorsque le rapport d/c était inférieur à 0,15 et que la hauteur tombait dans la plage de 100 à 180 μm. Notamment, l'impact de la gravure laser sur les performances d'absorption des micro-ondes-était négligeable. À l'exception de l'échantillon B4, qui présentait un écart significatif dû à une gravure excessive, tous les autres échantillons conservaient de bonnes propriétés d'absorption des micro-ondes-. Les bandes passantes d'absorption effectives (EAB) des échantillons A4 et B4 ont atteint respectivement 5,2 GHz et 5,3 GHz, surpassant les autres revêtements absorbant les micro-ondes-d'épaisseur inférieure à 1,5 mm. Cela démontre que la gravure laser permet la fabrication efficace et précise de microstructures hydrophobes tout en préservant les performances d'absorption des micro-ondes.
Cette étude a développé une stratégie simple et contrôlable utilisant la gravure laser picoseconde UV pour fabriquer avec précision des microstructures périodiques à la surface des revêtements de polyuréthane renforcés de NTC/CIP-, obtenant ainsi une optimisation synergique de l'hydrophobicité de surface et des performances d'absorption des micro-ondes. Les principales conclusions sont les suivantes : (1) les microstructures en colonnes gravées au laser-ont augmenté l'angle de contact avec l'eau de 71,5 degrés à 151,2 degrés, permettant une superhydrophobie sans nécessiter de fluoration supplémentaire ; (2) À une épaisseur de 1,3 mm, le revêtement à microstructure optimisé a atteint une bande passante d'absorption efficace (EAB) de 5,3 GHz -la plus large rapportée pour cette épaisseur-tout en conservant pleinement sa capacité intrinsèque d'absorption des micro-ondes ; (3) Cette stratégie se caractérise par sa polyvalence, son indépendance matérielle et sa haute précision, offrant des perspectives prometteuses pour la mise à niveau des systèmes d'absorption micro-ondes existants et la fabrication de dispositifs intégrés multifonctionnels pour les environnements corrosifs à haute -humidité. Des recherches futures pourraient explorer davantage l'optimisation des paramètres de gravure laser pour divers systèmes de remplissage absorbant les micro-ondes-et étendre l'application de la technologie aux revêtements intégrés multifonctionnels pour une furtivité intelligente et une protection électromagnétique.
