ماشین ترسیم خودکار برای ساخت ابرماده‌های مبتنی بر کاغذ

پژوهشگران موفق به ساخت ماشین ترسیم خودکاری شده‌اند که با استفاده از مداد و قلم، اقدام به ساخت ابرماده‌های مبتنی بر کاغذ می‌کند. براساس این رویکرد جدید، تاکنون سه ابرماده ساخته شده که می‌توانند از طریق مایکروویو، طیفی از امواج الکترومغناطیس را دستکاری کنند.

به گزارش هوشیو، ابرماده‌ها ترکیب‌هایی مصنوعی هستند که، به‌جای ترکیب شیمیایی مواد، خواص‌شان را از ریزساختارهای الگودار به دست می‌آورند. با دستکاری شکل، هندسه، اندازه، جهت‌گیری و چینش این ساختارها می‌توان، امواج الکترومغناطیس را به‌نحوی تغییر داد، در‌حالی‌که این امر با استفاده از مواد معمولی امکان‌پذیر نیست.

جانمینگ ژائو، سرپرست پژوهشگران از دانشگاه نانجینگ چین، توضیح می‌دهد: «بیشتر ابرماده‌ها، به‌ویژه آن‌هایی که به‌عنوان جذب‌کننده به کار می‌روند، باید نازک، سبک، پهن و قوی باشند؛ اما ساخت چنین دستگاه‌های نازک و سبکی با استفاده از زیرلایه‌های معمولی آسان نیست. استفاده از کاغذ به‌عنوان زیرلایه، به تحقق این شرایط کمک می‌کند. به‌علاوه، کاغذ برای ساخت ابر در سطوحی مناسب است که، قرار است با شکلی خاص تطبیق یابند، یا به‌صورت مکانیکی تنظیم شوند.»

پژوهشگران طی مقاله‌ای که در ژورنال Optical Materials Express منتشر کرده‌اند، تکنیک جدید خود را توصیف می‌کنند. این تکنیک برای ترسیم مواد رسانا، از قلم‌های خودکار با جوهر رسانا و برای ترسیم مقاومت‌ها و مقاومت‌های فیلمی (لایه‌ای) از مدادهای مکانیکی استفاده می‌کند. استفاده از یک ماشین ترسیم مبتنی بر کامپیوتر، به‌دقت فرایند افزوده و آن را خودکار کرده است.

ژائو ادامه می‌دهد: «با‌ وجود ‌اینکه پیش از این هم ساخت ابرماده‌های مبتنی بر کاغذ با استفاده از فناوری‌های چاپ جوهرفشان صورت می‌پذیرفت، اما تکنیکی که ما معرفی کرده‌ایم کم‌هزینه‌تر، ساده‌تر و انعطاف‌پذیرتر است. این تکنیک را می‌توان برای ساخت آنتن‎های قابل تنظیم، ابرلنزها و همچنین، ابرماده‌های جذب‌کننده انرژی الکترومغناطیس برتابشی به کار برد.»

ترسیم خودکار

ماشین ترسیم خودکار جدید، از قلم‌هایی با جوهر‌رسانا و مدادهایی مکانیکی با (مقادیر متفاوت گرافیت) استفاده می‌کند. این ماشین سه موتور گام‌زن دارد: دو عدد از این موتورها مسئول کنترل حرکت قلم یا مداد در سطح صفحه‌ افقی هستند و موتور سوم ابزار ترسیم را در صفحه‌ عمودی به حرکت درمی‌آورد. پارامترهای ماشین، همچون سرعت حرکتش، به وسیله‌ یک کامپیوتر کنترل می‌شوند.

ژائو در ادامه می‌گوید: «بعضی از کاغذها، با مدادها و قلم‌های رسانای ماشین سازگار نبودند و به ساخت الگوهایی منجر شدند که رسانایی ضعیفی داشتند. بعد از آزمایش‌ها متوجه شدیم که بهترین عملکرد مربوط به استفاده از کاغذی با ضخامت 22/0 میلی‌متر بوده، که هم قابل دسترس است و هم با مدادها و قلم‌های رسانای ماشین سازگاری دارد.»

الگوهایی که با استفاده از قلم‌های حاوی جوهر‌رسانا روی کاغذ ترسیم شده بودند، رسانایی معادل با 3×10⁶  زیمنس بر متر داشتند. پژوهشگران مدادهای مختلف با مقادیر متفاوت گرافیت را نیز امتحان کردند و بعد از دستکاری زمان و فشار ترسیم، تأثیر این عوامل بر مقاومت الکتریکی را تعیین کردند. این آزمایش‌ها به پژوهشگران اجازه داد تا شرایط لازم برای ترسیم الگوهای مختلف با مقادیر مقاومت مشخص را محاسبه کنند.

ساخت ابرماده‌های کاغذی

درخصوص ساخت ابرماده‌های مبتنی بر کاغذ پژوهشگران توانسته‌اند، با تکیه بر رویکرد جدید، سه ابرماده‌ مبتنی بر کاغذ طراحی و تولید کردند: این ابرماده‌ها شامل یک مبدل پلاریزاسیون، یک جذب‌کننده و یک ابرسطح کدنویسی همدیس می‌شوند. بر اساس یافته‌ها، مبدل پلاریزاسیون توانست پلاریزاسیون خطی را تا 90 درجه، با بازدهی تبدیل بیش از 90 درصد، از 1/3 تا 6/6 گیگاهرتز بچرخاند. جذب‌کننده نیز که تنها 3/58 گرم وزن داشت، توانست قابلیت جذب 90 درصدی بین 2/1 تا 5/10 گیگاهرتز از خود نشان دهد.

ابرسطح کدنویسی همدیس در کاهش سطح مقطع رادار کاربرد دارد و می‌تواند برای مخفی‌کردن سیگنال‌های راداری در تجهیزات هوایی یا دریایی ارتش استفاده شود. دو واحد ساختاری این ابرسطح 180 درجه تفاوت فاز انعکاس دارند که به‌عنوان 0 و 1 کدهای تک‌بیت عمل می‌کنند. این ابرسطح توانست سطح مقطع رادار را در باند فرکانس 94/8 تا 59/11، تا 10 دسی‌بل کاهش دهد.

ژائو در انتها در خصوص ساخت ابرماده‌های کاغذی اضافه می‌کند: «امیدواریم در آینده بتوانیم از این فناوری برای طراحی و تولید ابردستگاه‌هایی استفاده کنیم، که روی پوست قرار می‌گیرند و در برابر امواج الکترومغناطیس از آن محافظت می‌کنند. علاوه‌بر‌این، قصد داریم تا ابرماده‌هایی بسازیم که قابلیت بازتنظیم مکانیکی دارند و از خاصیت انعطاف‌پذیری کاغذ استفاده می‌کنند.»

جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید