نانوکامپوزیت‌ مبتنی‌ بر PDMS در کاربرد‌های حفاظتی از EMI و سیر تغییرات آن

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

چکیده

نانوکامپوزیت های پلیمری به دلیل مزایای ذاتی آن‌‌ها نسبت به فلزات سنتی، به ‌عنوان کاندیدی بالقوه برای محافظت از تابش الکترومغناطیسی بوده و محققان در حال بررسی آن‌ها هستند. زیرا پیشرفت در زمینه الکترونیک امکان کوچک‌‌سازی وسایل الکترونیکی را فراهم نموده است. همچنین، دستگاه‌‌های سبک وزن به‌‌ویژه در مورد ابزارهای پوشیدنی به بخش جدایی‌‌ناپذیر از زندگی انسان‌‌ها تبدیل شده‌اند. در این بررسی علمی، بسیاری از پلیمرها، از ترموپلاستیک/ترموست گرفته تا پلیمرهای رسانای ذاتی، مورد بررسی قرار ‌گیرند. اگرچه بررسی‌‌های کمی در این زمینه منتشر شده‌‌اند، اما مطالعه‌‌ای جامع در مورد مواد محافظ مبتنی‌‌بر PDMS توجه زیادی را به خود جلب ننموده است. با این حال، استفاده از آن در زمینه الکترونیک به‌‌ویژه در دستگاه‌‌های زیست پزشکی، در گذشته اخیر به طور قابل توجهی افزایش یافته است. در دهه گذشته، محققان PDMS را برای ساخت کامپوزیت‌‌ها، مواد پوشش‌‌دهنده‌‌ها و ساختارهای فوم مانند مورد بررسی قرار داده‌‌اند. در این بررسی مروری، مواد محافظ مبتنی‌‌بر PDMS در کنار کاربردهای بالقوه مورد نظر و مکانیسم زیربنایی محافظ برجسته می‌‌شود. این بررسی جامع بر نقش حیاتی نانوذرات کاربردی تمرکز دارد که کامپوزیت‌‌های PDMS را هدایت و آن‌‌ها را کاندیدای احتمالی برای کاربردهای محافظ EMI می‌‌نمایند. اهمیت سینتیک پخت و پردازش کامپوزیت‌‌های مبتنی‌‌بر PDMS در این مطالعه مورد تاکید قرار می‌‌گیرد، زیرا برنامه‌‌های کاربردی نهایی مانند واشرهای انعطاف‌‌پذیر را برای جلوگیری از نشت رادیویی به ورق‌‌های تقویت‌‌شده برای کاربردهای ساختاری تعیین می‌‌نماید.

نتیجه‌‌گیری

بررسی کامپوزیت‌‌ های مبتنی‌‌‌بر PDMS از پایه تا تحقیقات ترجمه‌‌‌ای برای کاربرد‌های محافظتی EMI در این مطالعه به تفصیل بررسی می‌‌‌شود. در دهه گذشته، اشکال مختلفی از نانوکامپوزیت‌‌ های مبتنی‌‌‌بر PDMS برای کاربردهای هدفمند برای پاسخگویی به کاربردهای مختلف مانند واشرهای انعطاف‌‌‌پذیر، ورق‌‌‌های تقویت‌‌‌شده، محصور نمودن دستگاه‌‌‌های حیاتی زیست‌‌‌پزشکی، لنزهای تماسی و غیره طراحی شده‌‌‌اند. علاوه بر ساخت اجزای مختلف، پوشش‌‌‌های مبتنی‌‌‌بر PDMS- بر روی ساختارهای متخلخل به‌‌دست‌‌آمده از کربن‌‌‌سازی فوم‌‌‌های مختلف که منجر به ساختارهای فوم‌ مانندی می‌‌‌شود، نیز انجام شده است. از آنجایی که PDMS در برابر امواج EM شفاف است، نانوذرات کاربردی مختلفی برای ارائه کامپوزیت‌‌ ها با ویژگی‌‌‌های کلیدی مانند خواص رسانایی، مغناطیسی و/یا دی‌‌‌الکتریک اضافه می‌‌‌شوند. با این حال، حضور گوگرد از فعالیت کاتالیزوری کاتالیزورهای مبتنی‌‌‌بر پلاتین جلوگیری می‌‌‌نماید. بنابراین، در بیشتر موارد محققان از کاتالیزورهای مبتنی‌‌‌بر قلع برای اتصالات عرضی استفاده می‌‌‌نمایند، که کلیدی برای درک خواص استثنایی است که PDMS ارائه می‌‌‌دهد. این امر بیشتر منجر به تهیه کامپوزیت‌‌ ها با استفاده از مکانیزم اتصال عرضی هیدروسیلیلاسیون می‌‌شود که سازگارتر با محیط‌‌‌زیست است. اخیراً، محققان همچنین شیمی کلیک را برای افزایش اتصال عرضی در PDMS بررسی ‌‌‌نموده‌اند.

از گزارشات علمی مدرن فعلی، به خوبی درک می‌‌‌شود که فوم‌‌‌های مبتنی‌‌‌بر PDMS محبوب‌‌‌ترین انتخاب برای طراحی مواد محافظ EMI سبک وزن هستند. در میان سیستم‌‌‌های ذره‌‌‌ای مختلف، نانومواد دو بعدی (مانند MoS₂، WS₂ و سایرین) باید مورد بررسی قرار گیرند، زیرا سطح ویژه عظیم این نانومواد دو بعدی می‌‌‌تواند به محافظت از بازتاب‌‌‌ها/پراکندگی‌‌‌های داخلی متعدد کمک نماید. علاوه بر این، مواد نانو متخلخل مانند چارچوب‌‌‌های آلی-فلزی(MOF)  و چارچوب‌‌‌های آلی کئووالانسی (COF)، هنگامی که با PDMS ترکیب می‌‌‌شوند، طیفی از ذرات عملکردی را ارائه می‌‌‌دهند که می‌‌‌توانند برای مواد محافظ EMI بیشتر مورد بررسی قرار گیرند. به دلیل پایداری حرارتی بالا، این کامپوزیت‌‌ های پلیمری را می‌‌‌توان برای محافظت از دستگاه‌‌‌های الکترونیکی که در دماهای بالا کار می‌‌‌نمایند استفاده نمود و علاوه بر این، می‌‌‌تواند گرما را نیز دفع و در نتیجه از الکترونیک بصورت دقیق محافظت نماید. تحقیقات بیشتر باید بر روی افزایش ماندگاری این کامپوزیت‌‌‌ها با ترکیب ذرات کاربردی متمرکز شود که می‌‌توانند هم UV و هم EMI را مسدود نمایند.

استفاده از نانوکامپوزیت‌‌ های مبتنی‌‌‌بر PDMS مطلوب‌‌‌تر است، زیرا PDMS زیست‌‌سازگار می‌‌‌باشد و از این رو آسیب کمتری برای محیط‌‌زیست دارد. چنین نانوکامپوزیت‌‌ هایی می‌‌‌توانند کاربرد بالقوه خود را در صنعت مراقبت‌‌‌های بهداشتی پیدا نمایند. همچنین به دلیل پایداری حرارتی بالای خود، این نانوکامپوزیت‌‌‌ها می‌‌‌توانند کاربرد خود را در دستگاه‌‌‌هایی که در دماهای بالاتر فعال هستند پیدا نمایند. همچنین، این کامپوزیت‌‌ ها یا پوشش‌‌‌ها بیشتر در تجهیزات حساس به رطوبت مورد تقاضا هستند زیرا PDMS آبگریزی بسیار بالایی را نشان می‌‌‌دهد.

این مطالعه مروری، بررسی کامپوزیت‌‌ های مبتنی‌‌‌بر PDMS که برای کاربرد‌های محافظتی EMI طراحی شده‌‌‌اند را برجسته می‌‌‌نماید. مطالعات موردی مختلفی برای کمک به هدایت محققان شاغل در این زمینه از هر دو صنعت و دانشگاه ارائه می‌‌‌شود. با توجه به افزایش فرکانس‌‌‌های عملیاتی (گیگاهرتز بالاتر)، تحقیقات بیشتر باید بر روی کامپوزیت‌‌ های مبتنی‌‌‌بر PDMS با ساختارهای هیبریدی و/یا هسته‌‌‌پوسته‌‌‌ای، ساختار‌های چندلایه و ساختارهای فوم‌‌‌مانند سفت و سخت/نرم متمرکز شود.

دانلود فایل: نانوکامپوزیت‌‌های مبتنی‌‌بر PDMS در کاربرد‌های حفاظتی از EMI سیر تغییرات و بررسی از تحقیقات پایه‌‌ای تا ترجمه‌‌ای

Reference

Sharma, D., & Bose, S. (2021). The journey of PDMS-based nanocomposites for EMI shielding applications: from bench to translational research. Materials Advances, 2(17), 5580-5592.

DOI: 10.1039/d1ma00365h

ترجمه و ویرایش: جواد برزوئی